盐雾腐蚀条件下Ti合金表面功能薄膜的摩擦磨损性能

目的研究Ti6Al4V合金、铬掺杂类金刚石(Cr-DLC)薄膜、钨掺杂类金刚石(W-DLC)薄膜和氮化钛(TiN)薄膜,在干摩擦和盐雾腐蚀气氛摩擦条件下的摩擦磨损性能。方法在商用Ti6Al4V合金表面通过非平衡磁控溅射制备Cr-DLC薄膜和W-DLC薄膜,通过多弧离子镀技术制备TiN薄膜。利用扫描电镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机、白光干涉扫描轮廓仪,对薄膜的形貌、硬度、干摩擦和腐蚀摩擦性能、磨痕形貌进行测试分析。结果干摩擦条件下,Ti6Al4V合金表面沉积Cr-DLC、W-DLC和TiN三种薄膜的摩擦系数均比Ti6Al4V合金低;Ti6Al4V合金及其表面制备的三种薄膜在盐雾腐蚀气氛条件下的摩擦系数都比干摩擦条件下有所增加。与Ti6Al4V合金相比,Cr-DLC、W-DLC和TiN三种薄膜在干摩擦和盐雾腐蚀气氛摩擦条件下均减小了磨损体积。干摩擦条件下,W-DLC薄膜的磨损体积为0.0017 mm~3,耐磨性最好;盐雾腐蚀气氛摩擦条件下,TiN薄膜的磨损体积为0.0028 mm~3,表现出最佳的耐腐蚀磨损性能。通过磨痕形貌可以得出,盐雾腐蚀气氛摩擦条件下,Ti6Al4V合金表面制备的金属掺杂类金刚石薄膜的磨损受到磨粒磨损和腐蚀磨损双重机制的影响。结论三种表面功能薄膜在盐雾腐蚀气氛摩擦条件下都较好地保护了Ti合金,极大地减少了磨损损失。     

氮离子注入及DLC涂层对Ti6Al7Nb合金在人工唾液中微动磨损性能的影响（英文）

通过往复滑动微动磨损实验研究Ti6Al7Nb合金、氮离子注入Ti6Al7Nb合金、DLC涂层Ti6Al7Nb合金在人工唾液环境下的磨损性能。运用X射线衍射分析、拉曼光谱分析、三维轮廓分析、扫描电镜形貌和摩擦动力学行为分析等方法,详细讨论了表面改性层的磨损特性。结果表明:随着氮离子浓度的增加,Ti6Al7Nb合金的抗微动磨损性能提高。具有DLC涂层的低氮离子注入Ti6Al7Nb合金显示出良好的抗微动磨损性。此外,由于其特殊的结构,DLC涂层组具有更好的耐腐蚀性能。在人工唾液环境下,DLC涂层Ti6Al7Nb合金组相比氮离子注入Ti6Al7Nb合金组具有更好的抗磨损性能。     

低温氧化表面改性对Ti6Al4V合金抗磨损性能的影响

采用600℃低温氧化处理对Ti6Al4V合金进行了表面改性,利用OM、AFM、XRD、显微硬度仪和磨损试验机等表征与考察氧化表面基本特性及磨损性能.结果表明:低温氧化处理使Ti6Al4v表面形成了金红石型TiO2氧化层,表面颜色、形貌、粗糙度和组织发生了变化,并有效地提高了表面硬度.在Ti6Al4V/Cr12MoV摩擦体系中,低温氧化处理的钛合金磨损量仅为未处理的1.52%,但氧化100h时,磨损量略有增加;在Ti6Al4V/UHMWPE摩擦体系中,低温氧化处理不仅提高了Ti6Al4V自身的磨损性能,而且也间接地改善了UHMWPE的磨损性能.     

钛合金圆环工件表面合金化及其滚动摩擦性能研究

采用等离子表面合金化技术在Ti6Al4V合金圆环工件表面制备Mo渗镀改性层,将其与未渗Mo处理的Ti6Al4V合金在模拟实际工况条件下进行油润滑的滚动摩擦对比试验,比较二者的磨损情况,并分析磨损机理。结果表明,Ti6Al4V合金表面进行渗Mo处理后,形成了均匀、致密且高硬度的Mo基改性层。Ti6Al4V合金表面渗Mo后,硬度由渗层到基体呈梯度分布。滚动摩擦试验表明,渗Mo处理后表面无减摩效果,但磨损量大大减小,耐磨性得到有效改进。通过对磨损形貌的分析可知,表面渗Mo处理后磨损机理主要以磨粒磨损为主,而基材是磨粒磨损和粘着磨损。     

不同氢含量Ti6Al4V合金的磨损性能研究

利用M-200型摩擦磨损试验机对不同氢含量的Ti6Al4V合金板材进行了摩擦磨损试验,研究氢含量对Ti6Al4V合金摩擦系数和磨损率的影响,并利用材料分析测试技术研究了合金磨损表面的形貌及成分变化,分析了合金的磨损机制。结果表明,氢使钛合金的摩擦系数降低,但是氢含量对Ti6Al4V合金摩擦系数的影响不明显。随氢含量的增加,钛合金的耐磨性能逐渐变差。随着氢含量的增加,钛合金的氧化磨损特征逐渐变弱,磨粒磨损所起的作用逐渐增强。     

Ti6Al4V合金渗镀Mo-N表面改性层在不同腐蚀环境下的抗磨损行为研究

采用等离子渗镀技术在钛合金(Ti6Al4V)表面形成均匀致密的钼氮合金渗镀层.在3.5%NaCl溶液、0.5 mol/L 的H2SO4溶液、0.02 mol/L的Na3P04溶液和亨氏溶液中,对比研究了Ti6Al4V合金及其钼氮改性层的抗腐蚀磨损性能.20 000周次腐蚀环境下的微动磨损试验结果表明,渗镀的Mo-N改性层显著提高了Ti6Al4V合金的抗腐蚀磨损能力.电化学噪音测量结果证明,Mo-N改性层削弱了Ti6Al4V合金腐蚀和磨损相互耦合增幅的作用.     

喷丸直径对Ti6Al4V表面改性层生物摩擦学性能的影响北大核心CSCD

为改善Ti6Al4V的生物摩擦学性能,分别采用直径为4、6和10 mm的喷丸对其进行表面强化处理,然后用TR240粗糙度仪测表面改性层的表面粗糙度Ra,在MRTR多功能摩擦磨损试验机上以ZrO_2球/Ti6Al4V表面改性层为摩擦副进行人工唾液和透明质酸钠溶液润滑下的生物摩擦学试验,使用S-3000N扫描电子显微镜观察Ti6Al4V表面改性层的组织形貌和生物摩擦学试验后的磨痕形貌。结果表明:随着喷丸直径的增大,Ti6Al4V表面改性层的表面粗糙度Ra从1.32μm降低到1.05μm,生物摩擦学试验中的摩擦因数呈现出先降低后增大的变化趋势,改性层磨痕的磨损程度呈现出先减轻后加重的变化趋势,但不同直径喷丸二次强化所获得改性层的各项性能在试验中都最差。     

喷丸直径对Ti6Al4V表面改性层生物摩擦学性能的影响

为改善Ti6Al4V的生物摩擦学性能,分别采用直径为4、6和10 mm的喷丸对其进行表面强化处理,然后用TR240粗糙度仪测表面改性层的表面粗糙度Ra,在MRTR多功能摩擦磨损试验机上以ZrO_2球/Ti6Al4V表面改性层为摩擦副进行人工唾液和透明质酸钠溶液润滑下的生物摩擦学试验,使用S-3000N扫描电子显微镜观察Ti6Al4V表面改性层的组织形貌和生物摩擦学试验后的磨痕形貌。结果表明:随着喷丸直径的增大,Ti6Al4V表面改性层的表面粗糙度Ra从1.32μm降低到1.05μm,生物摩擦学试验中的摩擦因数呈现出先降低后增大的变化趋势,改性层磨痕的磨损程度呈现出先减轻后加重的变化趋势,但不同直径喷丸二次强化所获得改性层的各项性能在试验中都最差。     

Effects of Micro-Arc Oxidation of Ti6Al4V Alloy on Adhesion Property to Electroless Ni-P-ZrO2 Composite Platings and Their Wear Resistance

在Ti6Al4V合金微弧氧化膜表面制备Ni-P-ZrO2化学复合镀层,微弧氧化处理时间分别为15、30、60、90 min。采用扫描电镜/能谱仪、划痕试验、热震试验、显微硬度计和球盘式摩擦磨损试验机研究了微弧氧化膜结构对Ni-P-ZrO2化学复合镀层的结合性能与摩擦性能的影响。结果表明：随着微弧氧化时间的增加,复合镀层的结合性能显著提高,原因是微弧氧化膜的多孔性结构及其机械锁合效应。与Ti6Al4V合金相比,微弧氧化+化学复合镀处理后的试样硬度和耐磨性显著提高,Ti6Al4V合金表现为是严重的黏着磨损,而Ni-P-ZrO2复合镀层以磨砺磨损为主     

Ti6A14V合金渗镀Mo-N陶瓷层的微动摩擦学性能

采用离子渗镀技术在Ti6Al4V合金表面形成均匀致密的钼氮陶瓷渗镀层,对陶瓷层微动摩擦学性能进行研究.100000周次微动磨损试验结果表明,渗镀的Mo-N陶瓷层显著提高了Ti6A14V合金的抗微动磨损能力.Ti6Al4V合金微动磨损机制是粘着与磨粒磨损的综合效应,Mo-N陶瓷层微动磨损机制是犁削.     

Friction and wear properties of UHMWPE against ion implanted titanium alloy

In this study, a new two-step plasma immersion ion implantation technique was developed and applied for the modification of Ti6Al4V alloy; firstly ion implanting with nitrogen at high temperature and followed with oxygen in high dose. A graded titanium oxide-titanium nitride film was obtained on the surface of the Ti6Al4V alloy. The contact angle and the microhardness of the modified alloys were measured. The friction and wear properties of UHMWPE rubbing against the modified alloys under lubrication of distilled water were investigated using a pin-on-disc tribometer. The wettability and the microhardness of the alloy surfaces were found to be increased significantly after ion implantation. The friction coefficient decreased by nearly 5 times and the wear resistance of UHMWPE increased by about 40 times against the ion implanted Ti6Al4V alloy. Many deep furrows were found on the surface of the un-implanted alloy and were absent in the ion implanted surfaces of the alloy.     

钛合金表面大气压等离子体枪制备类金刚石薄膜

在大气下,采用大气压介质阻挡放电(DBD)等离子体枪在低温下(350℃),以甲烷为单体,氩气为工作气体,在Ti6Al4V钛合金表面制备一层类金刚石薄膜(DLC),以期改善钛合金表面摩擦学性能。利用激光拉曼(Raman)光谱和X射线光电子能谱(XPS)分析了所制备DLC薄膜的结构;利用扫描电子显微镜(SEM)观察DLC薄膜的表面形貌;利用划痕仪测量了DLC薄膜与基体的结合力;利用球-盘摩擦磨损实验仪对DLC薄膜的耐磨性能进行了研究。结果表明:在本实验工艺条件下沉积的类金刚石薄膜厚度约为1.0μm,薄膜均匀且致密,表面粗糙度Ra为13.23nm。类金刚石薄膜与基体结合力的临界载荷达到31.0N。DLC薄膜具有优良的减摩性,Ti6Al4V表面沉积DLC薄膜后摩擦系数为0.15,较Ti6Al4V基体的摩擦系数0.50明显减小,耐磨性能得到提高。     

Triode plasma nitriding and PVD coating: A successful pre-treatment combination to improve the wear resistance of DLC coatings on Ti6Al4V alloy

Diamond-like carbon (DLC) coatings have found great applicability in the automotive industry because of their low friction coefficient and high wear resistance. Nevertheless, their tribological performance can be greatly reduced on soft substrates such as titanium alloys. The hard DLC coating cannot usually follow elastic and plastic deformation of the substrate without failing. In order to overcome this property mismatch between hard coating and soft substrate, triode plasma nitriding was applied as a pre-treatment to improve the mechanical properties of the Ti6Al4V alloy and further enhance the load support for the DLC coating. DLC and multilayered TiN/DLC, CrN/DLC CrAlN/DLC coatings were deposited onto “standard” and plasma nitrided Ti6Al4V substrates. Triode plasma nitriding increased the load-bearing capacity of the coating/substrate system, as higher critical adhesion loads were recorded for DLC coatings on plasma nitrided Ti6Al4V substrates. This treatment also reduced the wear rate of the DLC coating/substrate. Further load support and lower wear rates were achieved by using TiN, CrN and CrAlN as intermediate layers on plasma nitrided Ti6Al4V substrates.     

钛合金Ti6Al4V表面渗钼层的摩擦磨损性能

利用双层辉光离子渗金属技术在钛合金Ti6Al4V表面进行合金化，形成均匀、致密、厚度为9．4μm的钛钼合金渗层。表面硬度提高3倍左右，达到1050Hκ。采用球盘磨损试验机考察了钛合金Ti6Al4V表面渗钼层和Ti6Al4V钛合金的摩擦性能，得出该合金表面渗Mo后虽然摩擦因数略微增大，但耐磨性提高100余倍；通过对磨损形貌的分析可知，表面渗Mo合金层磨损机制主要表现为粘着及少量微切削。     

Ti6Al4V合金干滑动磨损过程中摩擦层及摩擦氧化物的作用

目的分析Ti6Al4V合金在不同滑动速度下的干滑动磨损行为及磨损特征,研究钛合金的磨损机理,并探讨干滑动磨损过程中摩擦层及摩擦氧化物的作用。方法采用销盘式摩擦磨损试验机,对Ti6Al4V合金在不同滑动速度下进行干滑动磨损实验。采用磨损率和摩擦系数表征钛合金的磨损行为,采用SEM、EDS及XRD分析磨损表面及摩擦层的形貌及成分,采用数字显微硬度仪表征摩擦层的力学性能。结果滑动速度在0.5～4 m/s范围内变化,Ti6Al4V合金的磨损率发生显著变化,尤其是在高载条件下。0.5～1.5 m/s速度范围内,磨损率较低,2.68m/s速度下,磨损率达到最高值,4m/s速度下,磨损率达到最低值。0.75m/s速度下,粘着磨损和磨粒磨损为主要磨损机理,氧化磨损为次要磨损机理;2.68 m/s和4 m/s速度下的磨损机理分别为剥层磨损和氧化轻微磨损。2.68m/s速度下的高磨损率与硬度较低的无氧化物摩擦层对应,而4 m/s速度下的低磨损率与高硬度的多氧化物摩擦层对应。结论试验条件改变,Ti6Al4V合金的磨损行为及磨损机理发生变化。不同试验条件下的磨损行为与不同的摩擦层特征相对应,当摩擦层中包含一定量的摩擦氧化物时,这种陶瓷性的摩擦层具有比基体更高的硬度,能有效保护基体,降低磨损率。     

TC4合金表面TiNi/Ti2Ni改性层不同载荷滑动干摩擦性能研究

利用等离子表面合金化技术在Ti6Al4V合金表面制备了TiNi/Ti2Ni合金层,考察了合金层的表面形貌、成分分布、截面组织形貌、相结构。采用球盘磨损试验机分析了TiNi/Ti2Ni合金层在不同载荷下的滑动干摩擦学性能,并与基体进行对比。结果表明,基体和TiNi/Ti2Ni合金层磨损机制主要表现为磨粒磨损。在同一磨损条件下,TiNi/Ti2Ni合金层的摩擦系数略低于基体,耐磨性优于基体。TiNi/Ti2Ni合金层在不同载荷的摩擦系数接近,在0.29~0.32之间波动。随着载荷的增加,磨损率增加。     

Ti6Al4V合金表面Ti(C,N)改性层的摩擦性能

利用双层辉光等离子表面冶金技术,以石墨为源极,Ti6Al4V为阴极,一定比例的氮气和氩气为载气,在其表面形成Ti(C,N)改性层。观察分析了改性层的成分、显微组织及相结构,评价了其纳米硬度和室温干滑动磨损条件下的摩擦磨损性能。结果表明:改性层主要组成相为Ti(C0.3N0.7);碳、氮元素分布由表及里呈梯度分布;改性层纳米硬度高达41 GPa,较基体明显提高;在室温干摩擦磨损条件下,改性层与基体相比,摩擦因数由0.45降低到0.28,比磨损率也大大下降,表现出优异的耐磨减摩性能。