TC4钛合金在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为

采用楔形张开加载（WOL）试样开展应力腐蚀试验,研究TC4钛合金在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为,分析应力腐蚀开裂（SCC）机理。结果表明,腐蚀24 h后,即可在试样表面观察到SCC裂纹。腐蚀30 d和75 d的试样,SCC裂纹长度接近,且都明显大于腐蚀15 d的试样,说明15～30 d内SCC扩展终止。试样的加载应力越大,裂纹长度越长,随着裂纹扩展,应力逐渐松弛,当残余KI值降低到38 MPa·m~(1/2)附近时,SCC扩展终止。SCC扩展是应力和腐蚀耦合作用的过程,在SCC起始阶段,应力主导裂纹快速扩展,断口呈韧窝形貌。SCC中后阶段,断口呈解理形貌和鳞片状花样,鳞片边缘存在钛氧化物,推测是由于应力松弛后的裂纹间歇性驻留和阳极溶解促进的裂纹继续扩展反复交替作用形成的。     

TC4钛合金表面镀Cu摩擦磨损性能的研究

利用硫酸盐镀铜技术在TC4钛合金表面电镀制备Cu镀层,采用SEM、EDS和STM等方法研究TC4钛合金基体及其镀Cu层的摩擦磨损性能,分析其磨损率、摩擦系数和磨痕形貌,探讨其磨损机理。结果表明:TC4钛合金表面镀Cu可以显著地改善和提高其表面耐磨性,Cu镀层的耐磨性明显地优于TC4钛合金基体;TC4钛合金基体的磨痕呈犁沟形貌,磨损机理为剥层磨损和黏着磨损;镀Cu层的磨痕呈现的是附着的塑性变形后铜磨屑形貌,磨损机理为剥层磨损和疲劳磨损。     

钛合金及其表面沉积Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜的冲蚀行为

采用多弧离子镀技术在TC11钛合金表面制备了厚度为18.7 μm的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜,用45 μm白刚玉通过微喷砂试验机评价TC11钛合金及Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜在30°和90°攻角下的抗冲蚀性能,并分析其冲蚀机理.结果表明:30°攻角下,冲蚀砂量为70 g时,Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜被冲破,此时该多层膜的冲蚀坑深度为21.88 μm,TC11钛合金基材为269.9 μm.90°攻角下,冲蚀砂量为20 g时,Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜被冲破,此时该多层膜的冲蚀坑深度为8.95 μm,TC11钛合金基材为46.96 μm.30°攻角下,钛合金的冲蚀以微切削为主,多层膜以微切削和微断裂为主.在90°攻角下,钛合金的冲蚀以点坑冲蚀为主,多层膜以裂纹萌生扩展和点坑冲蚀的混合冲蚀为主.     

钛合金TC4表面纳米化及其热稳定性

利用超音速微粒轰击技术(supersonic fine particles bombarding,SFPB)对钛合金TC4进行了表面纳米化处理,并对SFPB处理后的试样进行不同温度2 h退火处理。借助X射线衍射、显微硬度计、透射电子显微镜和差热分析对纳米化及热处理后的试样进行了组织和性能表征,研究钛合金表面纳米化机理及其热稳定性。结果表明:经过SFPB处理后的试样在表层形成了纳米结构层,随着处理时间的延长,变形层厚度不断增加,晶粒尺寸逐步细化,当SFPB处理30 min后晶粒尺寸趋于稳定,在表层形成了晶粒尺寸约为15 nm具有随机取向的纳米等轴晶。纳米化后的试样在750℃退火时,纳米晶未发生明显粗化,因而具有很好的热稳定性。     

TC6钛合金渗碳层在不同介质环境中的腐蚀磨损性能

基于感应加热双脉冲气体渗碳技术对 TC6 合金进行表面强化,利用 XRD 和金相显微镜研究了渗碳层的微观结构;采用自制腐蚀磨损试验机研究了渗碳件在 0. 1%HF 溶液、0. 9%NaCl 溶液和 SBF 溶液中的腐蚀磨损性能,利用电化学工作站测试了其在腐蚀和腐蚀磨损交互作用下开路电位和极化曲线的变化,并利用白光干涉仪对磨痕形貌进行表征与分析。 结果表明: 经 910 ℃渗碳后 TC6 合金形成富 TiC 强化层,硬度达 850 HV_0.25 ,在 3 种不同介质中均表现出较小的摩擦因数和磨损率。 摩擦状态下渗碳样在 SBF 溶液中腐蚀电流密度最小(9. 64×10^-6A/ cm²),表现出良好的耐生物腐蚀特性,而在 0. 1% HF 溶液中腐蚀电流密度最大(1. 34×10^-4A/ cm²);在 3 种不同介质环境中原样均以粘着磨损为主,而渗碳后的 TC6 合金主要表现为磨粒磨损,腐蚀对磨损的促进作用是造成 TC6 合金损耗的主要因素。     

微弧氧化处理TC4表面微动磨损性能研究

利用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备高硬度陶瓷涂层,研究其表面抗微动磨损性能。结果显示陶瓷涂层主晶相为Al2TiO5相,硬度不均匀,由结合层向表面呈现先增高后降低的趋势,最高硬度达1150 HV0.05,远高于钛合金基体的硬度。微动磨损试验结果表明,陶瓷层的致密层起到主要防护作用。磨损初期阶段,疏松层脱落、细化、堆积同时伴随摩擦副较为严重的磨损;稳定阶段为滑动磨损,致密层磨损轻微,摩擦副磨损严重,钛合金磨屑由摩擦副向致密层转移。     

热处理工艺对TC4钛合金冲击磨损性能的影响

研究了退火和固溶时效处理对热轧态TC4钛合金的力学性能和组织的影响,并考察了其冲击磨损性能。结果表明:退火处理后试样组织中转变β相增加,强度、塑性和韧性均较热轧态有所提升;而固溶时效处理后试样组织的晶粒细化且尺寸更为均匀,同时具有最高的强度,而塑性和韧性则较热轧态有所降低。经过10 h的冲击磨损试验后,退火态试样的磨损率最低,而固溶时效态试样的磨损率最高。通过磨损断口观察发现退火态试样表面冲刷犁沟较短,且终点处存在合金的塑性堆积,同时磨损面组织发生塑性变形,晶粒延展拉长。退火态试样较高的塑性和韧性有助于吸收冲击能量,因此表现出较好的耐冲击磨损性能。     

TC11及表面改性膜层在海水中的微动磨损研究

通过对TC11钛合金进行不同表面改性实验(微弧氧化、N+离子注入、DLC多层膜),得到不同表面改性膜层。利用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)和Raman光谱研究表面改性层的相组成和微结构。在模拟海水环境下,采用SRV-IV微动磨损试验机评价TC11合金及不同表面改性膜层的微动磨损性能(摩擦系数、磨损量及磨损机制),并比较抗微动防护效果。结果表明,TC11经改性后摩擦系数呈现不同程度下降,磨损量的降低则非常明显,其中DLC多层膜抗微动防护效果最显著。海水介质中各摩擦系数显著比纯水中低。海水中钛合金的磨损量小于纯水中的数值,腐蚀与磨损呈"负交互作用"规律,而改性层磨损较纯水中略高。     

溅射沉积Cu/W纳米多层膜结构与性能

以单晶硅和聚酰亚胺为衬底,用磁控溅射沉积调制周期λ=25~150 nm、调制比η=0.5~2的Cu/W纳米多层膜,用XRD、SEM、EDS、AFM、微力测试系统、纳米压痕仪和四探针法对多层膜微观结构、表面形貌和力学及电学性能进行研究。结果表明:λ和η显著影响多层膜结构和性能。多层膜Cu层和W层均为纳米晶结构,分别呈Cu(111)和W(110)择优取向。W(110)晶面间距减小且减幅与1/λ或η值呈正相关,Cu/W层间界面处存在扩散混合层。表面Cu层晶粒尺寸随Cu层厚增加而增大。裂纹萌生临界应变εc总体上随λ增大或η减小而下降,屈服强度σ0.2、显微硬度H和电阻率ρ总体上均与λ或η呈负相关。因Cu层和W层厚度随λ或η的变化而改变,相应地改变了Cu层晶粒度及其晶界密度、W层体积分数和Cu/W层间界面数量,使位错运动能力及电子散射效应变化,最终改变Cu/W纳米多层膜性能。     

纳米晶镀锌层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电化学行为

以脉冲电沉积方法为基础,通过改变峰值电流以及添加剂等实验条件制备出不同晶粒尺寸的镀锌层.用电化学方法研究了镀层在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性能.结果表明,纳米晶镀锌层的耐蚀性明显优于传统粗晶镀锌层,镀层的结构、晶粒取向等因素对镀锌层的耐蚀性影响较大.     

TC4钛合金表面沉积TiCN涂层及其耐磨耐腐蚀性能研究

目的提高TC4钛合金的耐磨耐蚀性能。方法采用双阴极等离子溅射沉积技术在TC4合金表面制备了TiCN涂层。通过XRD表征了涂层的物相组成,并通过SEM表征了涂层的微观形貌。利用声发射划痕仪研究了涂层与基体的结合力,摩擦磨损试验机用于研究TiCN涂层的摩擦磨损性能。用电化学工作站在3.5%NaCl溶液中进行电化学实验。结果所沉积涂层均匀致密,无明显缺陷,涂层由外层厚度约为8μm的TiCN沉积层和其下约4μm厚的过渡层组成。TiCN涂层与TC4基体的结合强度比较高,其结合力达到66.4 N。室温条件下法向载荷相同时,TiCN涂层的磨痕宽度远小于TC4钛合金基体的磨痕宽度。TiCN涂层的比磨损率为(1～2)×10-5 mm~3/(N·m),TC4钛合金的比磨损率为(2～4)×10~(-4) mm~3/(N·m),TiCN涂层的比磨损率较TC4钛合金降低了1个数量级以上,并且对载荷的变化不敏感。TiCN涂层与TC4钛合金基体比较,具有更高的自腐蚀电位和更低的腐蚀电流密度,涂层的腐蚀电流密度为1.57×10-9 A/cm~2,TC4钛合金的腐蚀电流密度为1.35×10-8 A/cm~2,涂层的腐蚀电流密度较钛合金基体小1个数量级。TiCN涂层的EIS阻抗谱容抗弧值也较大。结论双阴极等离子溅射沉积TiCN涂层可以有效提高TC4钛合金的耐磨耐腐蚀性能。     

TC4 合金微弧氧化层的耐磨性和耐蚀性

目的对比不同电解液体系中制备的陶瓷膜层的耐磨损和耐腐蚀性能,判断实验条件下陶瓷膜性能最优的电解液体系。方法在相同的电参数工艺下,分别在Na Al O2,(Na PO3)6和Na2Si O3电解液体系中对TC4合金进行微弧氧化处理,处理时间为15 min。分析陶瓷层的表面形貌、成分和相结构。进行干摩擦条件下的摩擦磨损实验,对比TC4合金及三种陶瓷膜的耐磨性。通过测试极化曲线,对比TC4合金及三种陶瓷膜的耐蚀性。结果在Na Al O2,(Na PO3)6,Na2Si O3电解液体系中获得的陶瓷层表面呈现出多孔和局部凸起的相似表面特征,但相组成存在差异,主要相分别为Al2Ti O5,Al PO4和Ti O2。摩擦磨损实验表明,在10 N载荷下,以Si3N4陶瓷球作为摩擦配副,陶瓷层的磨损失重相对基材均显著减小,其中(Na PO3)6-陶瓷层失重约为基材的1/22。极化曲线分析表明,在模拟油田采出液作为腐蚀液的条件下,与TC4合金相比,陶瓷层的Ecorr显著正移,Jcorr明显减小,其中(Na PO3)6-陶瓷层的Ecorr从-0.311 V正移至0.777 V,Jcorr从9.634×10-7A/cm2减小到2.595×10-8A/cm2。结论微弧氧化处理能够显著改善TC4合金的耐磨性和耐蚀性,其中(Na PO3)6-陶瓷层的综合性能较好,有望满足TC4合金服役于油田环境时的要求。     

TC4钛合金在溴化锂水溶液中的空蚀行为

利用超声波气蚀试验机研究了TC4钛合金在温度为25℃蒸馏水和38%溴化锂水溶液中的空蚀行为。利用扫描电镜跟踪观察了空蚀形貌,测量了空蚀条件下的累积失重以及表面粗糙度的变化,对比了其在溴化锂溶液中静态和空蚀条件下的动电位极化曲线。结果表明,在空蚀相同时间条件下,TC4在溴化锂溶液中的累积失重量相比蒸馏水中有所升高。与静态相比,空化使TC4的自腐蚀电位正移近230mV,电化学腐蚀速率增加一个数量级。两种介质中的空蚀形貌相似,都是由初期出现裂纹和蚀坑发展到后期的蜂巢状结构。在溴化锂水溶液空蚀过程中,力学因素是造成腐蚀磨损失重的主要因素,但在交互作用中腐蚀对空蚀的促进作用更为明显。     

DLC薄膜对TC4钛合金微动磨损行为的影响

目的 为提高TC4钛合金的抗微动磨损性能,对比研究类金刚石薄膜(DLC)和TC4钛合金在干摩擦条件下的微动磨损行为,揭示DLC薄膜抗微动磨损的机理.方法 在TC4钛合金基体上利用非平衡磁控溅射技术制备DLC薄膜.利用原子力显微镜、拉曼光谱和纳米压痕仪分析薄膜的表面形貌、物相组成以及纳米硬度.利用球/平面接触形式SRV-...     

TC4合金微动腐蚀行为的研究

研究TC4合金在氯化钠溶液中的微动磨损行为,分析不同摩擦副材料下载荷与磨损形貌、摩擦系数和磨损量的关系。结果表明,微动磨损机制是粘着磨损-疲劳脱层-磨粒磨损和腐蚀磨损;腐蚀介质下摩擦系数曲线比干空气的低且平稳;Al_2O_3/TC4摩擦系数曲线波动较大,载荷较大时由微动转为往复滑动。Si_3N_4/TC4磨损量和磨损率均比GCr15/TC4的大,GCr15/TC4耐磨性优于Si_3N_4/TC4,GCr15球作摩擦副材料时磨损性能最好。TC4在氯化钠溶液中的失重是由机械磨损、腐蚀和磨损的交互作用造成的。     

TC4钛合金铜镀层的性能*

传统的氰化物镀铜工艺会对环境造成极大的危害,钛合金无氰镀铜技术具有较高的研究价值。采用无氰化物硫酸盐镀铜技术在TC4钛合金表面制备铜镀层,利用扫描电子显微镜和能谱仪对其镀层形貌、成分、结合力、磨损形貌进行分析,并利用电化学方法和摩擦磨损试验研究其抗蚀性与耐磨性。结果表明:无氰化物镀铜技术在TC4钛合金表面电镀铜可获得表面均匀致密,结合力良好的镀层;TC4钛合金表面电镀铜后,摩擦因数由0.520降至0.381,可见钛合金表面铜镀层通过减摩作用能有效的改善和提高其耐摩擦磨损性能。TC4钛合金镀铜和未镀铜表面均存在钝化区,两者维钝电流密度分别为1×10-2 A/cm2和4×10-5 A/cm2,均有较好的抗腐蚀性能,TC4钛合金镀铜后的表面抗腐蚀性能较基体有所降低。     

离子注入对TC4钛合金TiN/Ti涂层结合力和抗砂尘冲蚀性能的影响

目的通过离子注入提高TiN/Ti涂层的结合力和抗冲蚀性能。方法先采用金属蒸气真空弧(MEVVA)离子源在TC4基体上分别注入四种离子(Mo、Ti、Nb、Co),再用磁过滤真空阴极弧(FCVA)技术制备TiN/Ti涂层。采用非球面测量仪、AFM、XRD和纳米压痕仪,对四种离子注入的TC4基体表面粗糙度、表面形貌、物相结构、纳米硬度和弹性模量进行表征,采用划痕仪测量涂层的结合力,采用涂层冲蚀考核平台对不同试样进行砂尘冲蚀性能试验。结果经过Mo、Ti、Nb离子注入的TiN/Ti涂层的结合力和抗冲蚀性能都有提高,其中Mo离子注入的TiN/Ti涂层的结合力达71 N、耐冲蚀时间为80 min,与未离子注入涂层相比,分别增加31.5%和77.8%,而平均冲蚀率降低39.5%,仅为0.0078mg/g。Co离子注入的TiN/Ti涂层的结合力仅为40 N,平均冲蚀率增大了19.0%,达0.0433 mg/g,其抗砂尘冲蚀性能明显下降。结论离子注入涂层的抗砂尘冲蚀性能与结合力密切相关,随着结合力的增大,TiN/Ti涂层的平均冲蚀率减小,其耐冲蚀时间增加,选择合适的离子注入可提高TiN/Ti涂层的抗冲蚀性能。     

TC4钛合金表面冲蚀损伤机理的砂尘粒径依赖效应

在自主搭建气流喷射式冲蚀试验平台上,采用不同粒径的石英砂,对TC4钛合金进行冲蚀试验;利用电子天平、扫描电子显微镜和X-射线应力仪对试件表面冲蚀质量损失率、冲蚀区微观形貌及应力进行检测与分析。结果表明,TC4钛合金表面的冲蚀损伤机理显著依赖于砂尘粒径,并在400μm处发生机理转变。砂尘粒径小于400μm时,TC4钛合金表面冲蚀质量损失率小于0.4 mg/g,其表面损伤形式以犁削、切削、铲削以及点坑等塑性损伤为主;砂尘粒径大于400μm时,TC4钛合金表面在高应变率条件下发生表观韧脆转变,质量损失率突增至0.8 mg/g以上,损伤形式以解理破坏、脆性剥落为主。基于解理断裂的双判据模型,解释了砂尘粒径高于400μm时TC4钛合金表面发生的脆性剥落现象。     

TC4钛合金表面涂层改性:CrN素多层

目的 提高TC4钛合金的硬度和耐磨损性,改善CrN硬质涂层与TC4钛合金的适应性.方法 采用等离子体增强磁控溅射系统,通过调节热丝放电电流,在TC4钛合金基体表面沉积疏密CrN单层和素多层涂层.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、纳米压痕仪、洛氏压痕仪、摩擦磨损仪以及台阶仪,表征涂层...