温度对TC4钛合金磨损性能和摩擦系数的影响

耐磨性较差成为TC4合金用作高强耐腐蚀油管材料的技术瓶颈,采用SEM和EDS等手段对TC4合金在不同温度下的磨损性能进行研究,分析磨损率、摩擦系数和磨痕形貌随温度变化的规律,探讨磨损机理。结果显示:在室温到400℃的温度范围内,与对磨材料GCr15相磨损,TC4合金的磨损程度随温度的升高而减小,磨痕呈犁沟形貌,磨损经历了预磨损和稳定磨损两个阶段,磨损机理在较低温度时为剥层磨损、黏着磨损和疲劳磨损,在较高温度时为剥层磨损、黏着磨损和氧化磨损。     

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。     

抽油机光杆干摩擦系数的研究

抽油机光杆材质的耐磨性已成为制约抽油机的技术瓶颈。采用SEM和EDS等手段对抽油机光杆40MnVB在不同压力和速度下,与TC4、GCr15和Si4N3配副对磨的摩擦磨损性能进行研究,分析了摩擦系数和磨痕形貌、摩擦速度和压力变化的规律,探讨了磨损机理。结果表明:在室温范围内,40MnVB与对磨材料GCr15和Si4N3陶瓷的摩擦系数较高,磨痕主要呈氧化磨损、犁沟形貌,磨损经历了预磨损和稳定磨损两个阶段,磨损机理为剥层磨损、粘着磨损和氧化磨损。与对磨材料TC4对磨的摩擦系数较低,磨痕主要呈犁沟形貌,磨损机理为剥层磨损、疲劳磨损。     

温度和载荷对TC4合金磨损性能的影响

采用MG-2000型销盘式高温磨损试验机对TC4合金在环境温度为25~600℃、载荷为50~250 N时的磨损性能进行了研究。利用SEM、EDS和XRD等对试样磨面和剖面的形貌、成分及结构进行了观察与分析。实验结果表明,在25~300℃,TC4合金的磨损率随着温度的升高而升高。磨面呈犁沟及黏着痕迹,磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损。在400℃时,磨面局部被摩擦氧化层所覆盖,磨损率随着载荷的增加缓慢下降,磨损机制为黏着磨损、磨粒磨损和氧化磨损。在500~600℃,磨面大部分被摩擦氧化层所覆盖,磨损率很低且随载荷变化很小,磨损机制为氧化磨损。可见,TC4合金在500~600℃具有优异的耐磨性能。     

TC4合金在不同温度下的摩擦磨损行为研究

采用Si C球作为对磨材料,研究了在不同温度下TC4合金的摩擦磨损性能及磨损表面的组织变化。结果表明:TC4合金的磨损率随温度的升高而降低;平均摩擦系数在200℃内变化不明显,但当温度增加至400℃时,平均摩擦系数明显增加,且在高温下,摩擦系数随时间的变化存在明显的波动;随温度升高,TC4合金的磨损机理从以犁削磨损为主逐渐向以黏着磨损和氧化磨损为主转变。     

不同温度下TC21钛合金表面Cr-Al共渗层的耐磨性分析

为了提高TC21钛合金的耐磨性,采用双辉等离子渗金属技术对其进行了Cr-Al共渗。采用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射分析了Cr-Al共渗层的微观组织形貌、物相组成等。采用硬度测试仪、纳米压入仪测定了Cr-Al共渗层的硬度和弹性模量。在20℃、300℃和500℃对基体及共渗层进行了球盘磨损试验,分析其磨损机制。结果表明,Cr-Al共渗层均匀致密,厚度为35μm,表面硬度达到950 HV0.1,约为基体的2.9倍;纳米硬度为7 506 MPa,弹性模量为506 GPa,分别是基体的2.4倍和3.3倍;TC21合金经Cr-Al共渗后,在以上三种温度下耐磨性均得到了提高。在20℃,TC21合金基体主要发生磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损,Cr-Al共渗层发生磨粒磨损和轻微的氧化磨损;在500℃,TC21合金基体的黏着磨损、氧化磨损及剥层磨损加剧,Cr-Al共渗层则处于氧化磨损与剥层磨损的动态平衡中。     

TiN/MT-TiCN/Al_2O_3复合涂层的摩擦学特性

采用化学气相沉积(CVD)技术,在YG8硬质合金基体上制备Ti N/MT-Ti CN/Al_2O_3复合涂层,利用X射线衍射仪和显微硬度计表征涂层的基本特性;用台阶仪、扫描电镜和电子能谱仪,对磨痕形貌进行微观分析,揭示复合涂层的磨损行为和磨损机理。结果表明:整个涂层由表层向基体依次为:α-Al_2O_3、Ti CN、Ti N和基体组成;摩擦因数随循环次数的增加,呈现先上升后逐渐趋于稳定;磨痕深度随载荷的增加而增加;磨痕中心可见塑性流动、犁沟、剥层等特性,磨痕边缘呈现大量片状的氧化磨屑,磨损机制主要表现为磨粒磨损、氧化磨损和剥层。     

TA15钛合金高温摩擦磨损性能研究

目的 为探究TA15钛合金高温耐磨性能的潜力,研究了TA15钛合金在室温~800 ℃下的摩擦磨损性能。方法 利用Rtec摩擦磨损试验机(Rtec,San Jose,USA)进行TA15钛合金的摩擦磨损性能测试,通过激光共聚焦显微镜、JSM-7800F扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等手段,分析了TA15钛合金在不同温度下的磨痕形貌、成分变化以及磨损机理。结果 在不同试验温度下,微观组织没有出现明显变化,主要为等轴α相和β相;不同温度下的摩擦因数波动不大,从室温的0.279下降到600 ℃的0.224,而在800 ℃时,表面严重氧化导致摩擦因数增大到0.309;在室温~400 ℃时,试样表面磨痕不断变窄变浅,犁沟和磨屑不断减少,而到400 ℃以上时磨痕逐渐变宽,比磨损率也大幅增大,且在600 ℃时的磨损量最大;在600 ℃时,以氧化磨损为主,并伴随着磨粒磨损和黏着磨损,且表面磨痕形貌和宽度比较均匀;在800 ℃时磨损表面以黏着磨损和氧化磨损为主,并伴随着高温焊接的发生。结论 TA15合金表面的O元素含量随温度的升高而逐渐升高,并且氧化反应主要发生在β相内。随着试验温度的升高,TA15钛合金磨损表面的氧化磨损现象也更加明显。     

TAMZ和TC4合金在Ringer's模拟体液中的微磨粒磨损行为

采用TE66微磨粒磨损试验机对TC4和TAMZ合金在Ringer's模拟体液中的微磨粒磨损行为进行研究。结果表明:两种合金的磨损体积均随载荷、滑移距离和模拟体液料浆浓度的增加呈增加趋势。TAMZ合金的磨损体积要大于TC4合金的磨损体积。TC4合金磨损后的表面呈现出具有方向性的磨痕;TAMZ合金表面的磨损形貌则是无规则无方向性的磨痕。     

锡青铜连杆衬套摩擦学特性的试验研究

采用单因素试验和混合均匀试验方法在MMW-1A型立式万能摩擦磨损试验机上对锡青铜连杆衬套的摩擦磨损性能进行试验,主要研究压强、转速和温度对其摩擦系数和磨损量的影响规律,并借助超景深电子显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对摩擦表面微观形貌进行观察表征,综合分析其磨损机理。结果表明:摩擦系数随压强、转速的增大呈先增后减的趋势,随温度的升高逐渐增大;磨损量随压强的增大而增大,随转速、温度的提高先增加后减小。随着压强的增大,摩擦表面的磨痕逐渐变清晰,有坑洼和片状材料出现,严重时发生犁沟和材料剥落,磨粒磨损转变为黏着磨损;随着转速的升高,摩擦表面的磨痕逐渐变粗、深,表面出现氧化和剥落的面积不断增大。     

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。     

TC6合金柱塞表面改性对耐磨性能的影响

采用离子渗氮、双层辉光离子渗Mo、阴极弧离子镀TiN技术在TC6钛合金基体表面制备了强化层。对比研究了TC6合金基体、各强化改性层、Cr12MoV工具钢在航空煤油中分别与GCr15钢及铜合金(ZCuSb3Ni3Zn3Pb20P)配副对磨时的摩擦学性能,探讨了TC6合金渗氮后抛磨处理对摩擦副磨损行为的影响。结果表明,在航空煤油环境中,以GCr15钢为配副时,TC6合金的表面耐磨性能明显不及Cr12MoV钢;对TC6合金进行表面强化改性处理,离子渗Mo、离子渗氮、离子镀TiN可提高TC6合金表面硬度,显著提高表面耐磨性,但仍不及Cr12MoV钢;TC6合金离子渗氮再经抛磨后处理可减小表面粗糙度,具有较低的摩擦因数,能有效地改善摩擦体系的耐磨性能,获得优于Cr12MoV钢的耐磨性能。     

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。     

Cr涂层对Zr-1Nb合金包壳微动磨损行为的影响

反应堆冷却剂流体振动导致的微动磨损已成为压水堆燃料包壳失效的重要原因。Cr涂层锆合金因抗高温蒸汽氧化能力强、耐腐蚀性能优异,成为最具发展前景的事故容错燃料包壳候选材料之一。然而,目前仍缺乏Cr涂层锆合金包壳微动磨损行为及机理的相关研究。本文采用三维白光干涉仪、扫描电子显微镜、能谱仪等表征技术对比研究Cr涂层Zr-1Nb合金包壳和Zr-1Nb合金包壳与格架在模拟压水堆一回路水环境下的微动磨损行为及损伤机制。结果表明,Cr涂层显著提高Zr-1Nb合金包壳的抗微动磨损性能。此外,对磨副为刚凸时,Zr-1Nb合金包壳微动磨损机制以磨粒磨损和剥层磨损为主,而Cr涂层Zr-1Nb合金包壳由于表面硬度较高,且表面形成具有保护作用的三体层,其损伤机制以黏着磨损和材料单向转移为主。对磨副为弹簧时,Zr-1Nb合金包壳微动磨损机制主要为剥层和黏着磨损,Cr涂层Zr-1Nb合金包壳主要为磨粒磨损。     

TC4合金表面氩弧熔覆TiCp/Ti基复合涂层组织及耐磨性

利用氩弧熔覆技术在TC4合金表面制备出TiC增强的Ti基复合涂层。利用SEM、XRD和EDS分析了熔覆涂层的显微组织;利用显微硬度仪测试了复合涂层的显微硬度;利用摩擦磨损试验机测试了涂层在室温干滑动磨损条件下的耐磨性能。结果表明:氩弧熔覆涂层组织均匀致密,熔覆层与基体呈冶金结合,涂层中有大量的TiC树枝晶和条块状TiC颗粒;复合涂层明显改善了TC4合金的表面硬度,HV平均硬度可达9GPa;复合涂层室温干滑动磨损机制为磨粒磨损和轻微粘着磨损。     

低合金高强度耐磨钢的冲蚀磨损性能研究

研究了3种低合金高强度耐磨钢(NM400、NM500和高碳钢65Mn)淬火后组织、性能和析出物情况,以及在不同角度和压力下的冲蚀磨损性能和磨损机理。结果表明:3种耐磨钢的组织均为马氏体,其中NM400和NM500为板条马氏体组织,而高碳钢65Mn则主要为片状马氏体组织。冲蚀磨损试验表明:在较小的冲蚀角度下,3种耐磨钢的冲蚀磨损性能主要与材料的硬度有关,但是在较大的冲蚀角度下,3种耐磨钢的冲蚀磨损性能除了与硬度有一定关系外,还与材料的塑韧性有较大关系。     

接触载荷对TC4钛合金微动磨损行为的影响

目的在不同的载荷和位移幅值下,结合微动图研究微动接触状态、滑移状态、损伤体积三者对微动摩擦磨损的影响以及不同微动接触状态和滑移状态下材料的损伤机理,为机械构件的微动磨损防护设计提供一定的理论支持。方法在相对湿度为50%、干摩擦条件下,运用SRV-V摩擦实验机,采用球/平面接触形式研究了TC4钛合金/GCr15钢球摩擦副的微动摩擦磨损行为。实验后,用原子力显微镜、纳米压痕仪、三维光学轮廓仪、场发射扫描电子显微镜及其自带的EDS,测试TC4试样的表面形貌及粗糙度、弹性模量与硬度、磨损体积与截面形貌和显微结构及磨斑、磨屑形貌成分等。结果在较低法向载荷下,完全滑移(GSR)占主导地位。磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损以及疲劳脱层是主要的损伤机理。另一方面,在较高法向载荷下,混合滑移(MSR)、部分滑移(PSR)占主导地位。损伤机制是由于高的应力集中,导致疲劳裂纹。此外,不同的微动运行条件下和材料损伤区域也不相同。完全滑移条件下,损伤主要集中在磨斑中心,而部分滑移条件下,损伤主要集中在磨斑边缘。结论切向摩擦力、微动振幅是影响微动磨损的重要因素。小位移幅值下,磨屑可以减缓接触面钛合金基体材料的微动磨损;而大位移幅值下,磨屑会加剧接触面基体材料的微动磨损。     

对磨材料对TC11合金高温磨损行为的影响

采用高温磨损试验机对TC11合金在400、500、600℃进行磨损试验,研究对磨材料GCr15和M2钢对TC11合金的磨损行为的影响。结果表明,TC11合金无论与GCr15还是M2钢对磨,磨损率均随温度的升高而降低,TC11合金表现出优异的高温耐磨性。在大多数情况下,TC11合金磨损率随载荷增加均处于较低值且波动较小,但在400℃、超过200 N(与GCr15钢对磨)时和在400、500℃,大于200 N(与M2钢对磨)时磨损率显著增加。与M2钢对磨比与GCr15钢对磨使TC11合金磨损率升高。TC11合金的高耐磨性归因于摩擦氧化物层的保护作用。硬的对磨材料(M2钢)比软的对磨材料(GCr15钢)易于破坏TC11合金表面摩擦氧化物层而损害其保护作用。