TC21合金表面Cr-Al共滲合金層的制備及摩擦磨損性能研究.pdf

1、TC21鈦合金是一種新型的損傷容限型兩相（α+β）鈦合金，具有高的抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度、高韌性、抗裂紋擴(kuò)展能力以及良好焊接性能，在航空航天領(lǐng)域中有著巨大的應(yīng)用前景。但其表面硬度低和耐磨性能的不足，限制了合金的使用范圍。針對(duì)上述問(wèn)題，采用雙輝等離子表面冶金技術(shù)在TC21合金表面制備Cr-Al共滲層，以提高合金的摩擦磨損性能。
　　制備Cr-Al共滲合金層的最佳工藝參數(shù)為：源極電壓1000 V，陰極電壓450V，工作氣壓40 Pa，保溫

2、時(shí)間4h。利用SEM、EDS、XRD對(duì)Cr-Al共滲合金層的表面形貌、截面形貌、元素分布及相組成進(jìn)行分析，結(jié)果表明：厚度約為35μm Cr-Al共滲合金層表面均勻致密，不存在裂紋孔洞等缺陷；表面相組成主要為A18Cr5、Al7Cr、Al11Cr4、Cr、Al9Cr4以及Cr2Ti相；Cr-Al共滲合金層的硬度為946HV0.1，比基體提高近3倍。共滲合金層的劃痕試驗(yàn)表明，Cr-Al共滲合金層至少能夠承受71N的垂直載荷，合金層與基體的結(jié)

3、合良好。納米壓痕試驗(yàn)表明，共滲合金層表面納米硬度為7.506GPa、彈性模量為555.43Gpa，與基體相比較分別提高了約2.36倍和3.65倍。
　　球盤磨損試驗(yàn)表明在不同載荷、滑動(dòng)速度、溫度、摩擦副條件下，Cr-Al共滲合金層減摩性能和耐磨性能明顯優(yōu)于TC21基體，具體體現(xiàn)在合金層的較低摩擦系數(shù)以及降低一個(gè)數(shù)量級(jí)比磨損率，在滑動(dòng)速度由低速（5m/min和10m/min）變?yōu)楦咚贂r(shí)（15m/min和20m/min），共滲合金層表