稀土含量对Ti6Al4V钛合金等离子渗氮层组织和摩擦学性能的影响

目的研究稀土含量对Ti6Al4V钛合金表面等离子体渗氮层结构和性能的影响。方法运用等离子表面改性技术对Ti6Al4V(TC4)钛合金进行等离子渗氮处理,渗氮过程中通入不同含量的稀土作为催渗剂,以获得钛合金表面强化层。利用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察渗氮层组织,用X射线衍射仪(XRD)分析渗层相组成,用能谱仪(EDS)检测渗层的化学成分,用维氏显微硬度计测量渗层的显微硬度,用球-盘式摩擦磨损试验机和三维轮廓仪检测渗层的摩擦磨损性能。结果TC4钛合金表面等离子渗氮层结构包括表面化合物层(主要成分为δ-TiN)和扩散层(主要为N原子扩散形成的N-Ti固溶体),加入稀土可以促进N原子向基体的扩散,提高渗氮速度。渗层厚度增加,硬度和耐磨性能提高,扩散层使钛合金基体与化合物层之间的硬度梯度更加平缓。当稀土通入速率为60 mL/min时,渗层厚度可达155μm,表面硬度为1275HV0.05,摩擦系数降到0.27,磨损率明显降低。结论钛合金等离子渗氮过程中加入稀土可以有效提高渗速,改善渗氮层硬度,提高材料表面的耐磨性能。     

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。     

CrAlSiN涂层与不同材料配副时的摩擦学特性

目的研究CrAlSiN涂层分别与304不锈钢、TC4钛合金、Al_2O_3陶瓷和GCr15钢四种不同材料配副时的摩擦学特性。方法采用阴极电弧离子镀技术在M35高速钢上制备了CrAlSiN涂层,采用扫描电镜(SEM)、显微硬度计、划痕仪、球-盘式摩擦磨损试验仪和3D轮廓仪分别测试了涂层的结构和性能。结果 CrAlSiN涂层与304不锈钢、TC4钛合金和GCr15钢配副时的磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损,其中与亲和性高的304不锈钢、TC4钛合金粘着磨损严重。CrAlSiN涂层与不锈钢对磨时,摩擦系数最高,达到0.71;与GCr15钢对磨时,摩擦系数最低,但摩擦系数波动大;与钛合金对磨时,摩擦系数介于两者之间。CrAlSiN涂层与亲和性较差的Al_2O_3陶瓷之间的磨损形式为磨粒磨损,随着磨损的进行,摩擦系数逐渐降低。结论 CrAlSiN涂层与亲和性较高的材料对磨时,磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损,与亲和性较差的Al_2O_3对磨时为磨粒磨损。     

激光熔覆TiZrHfCrMoW涂层在大气和模拟体液环境下的摩擦磨损行为

目的 提高钛合金表面耐磨性。方法 采用激光熔覆技术在TC4基体表面制备TiZrHfCrMoW涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等分析涂层的相组成和显微组织结构。联合电化学工作站和摩擦磨损试验仪,分别在大气和37 ℃的0.9%NaCl模拟体液环境条件下,研究TiZrHfCrMoW高熵合金(HEA)涂层与TC4合金的摩擦磨损行为。结果 激光熔覆HEA涂层均匀致密,无明显缺陷,主要由2种BCC相及1种未知相组成,涂层平均硬度为584.6HV0.2,约为TC4基材硬度的1.6倍。在空气中滑动时,HEA涂层在0.3、0.5、1 N下的磨损率均比TC4基体低,且涂层的磨损率随载荷的增加而增加,TC4的磨损率则相反。在(37±0.5) ℃的0.9%NaCl溶液中,0.5 N载荷下TC4的磨损率是HEA涂层的6倍。HEA涂层与TC4钛合金基体相比,具有更高的自腐蚀电位和更低的腐蚀电流密度。模拟体液环境下HEA涂层的主要磨损机制为逐层剥落和腐蚀磨损。结论 激光熔覆HEA涂层可以有效提高TC4合金的耐磨损及耐腐蚀性能。     

钛合金表面离子渗钼及耐磨性研究

采用离子渗金属技术对Ti6Al4V(TC4)钛合金进行了离子渗钼,并用扫描电镜、X射线衍射、能谱分析、显微硬度和磨损试验等对渗层的组织、相组成、成分、显微硬度和磨损性能进行了研究。结果表明,TC4合金经离子渗Mo后,表面可形成MoTi相合金层,使材料的硬度有较大的提高,表面常温干摩擦的摩擦因数比基体的低,磨痕比基体的窄,表现出较好的耐磨性能。     

TC4合金表面制备Zr和Zr-O合金层的组织及性能

利用双辉离子渗金属技术在Ti6Al4V (TC4)合金表面制得锆合金层,进而利用MP-CVD技术使合金层氧化,使表面形成致密的氧化锆合金层,以提高TC4合金的耐蚀性以及耐磨性。利用SEM、XRD分析了锆及氧化锆涂层的表面形貌及物相组成。利用显微硬度计测试锆合金层及氧化锆合金层的表面硬度。利用往复式摩擦磨损试验机测试样品的摩擦性能。利用动电位极化曲线研究了锆合金层及氧化锆合金层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。结果显示,与基体TC4合金相比,锆及氧化锆合金层均有更高的显微硬度、较低的摩擦因数和比磨损率,以及更高的耐腐蚀性;其中氧化锆合金层效果更好,其比磨损率仅为基体的7.15%,腐蚀速率比基体降低两个数量级。     

CrAISiN涂层与不同材料配副时的摩擦学特性

目的 研究CrAlSiN涂层分别与304不锈钢、TC4钛合金、Al2O3陶瓷和GCr15钢四种不同材料配副时的摩擦学特性.方法 采用阴极电弧离子镀技术在M35高速钢上制备了CrAlSiN涂层,采用扫描电镜(SEM)、显微硬度计、划痕仪、球-盘式摩擦磨损试验仪和3D轮廓仪分别测试了涂层的结构和性能.结果 CrAlSiN涂层与304不锈钢、TC4钛合金和GCr15钢配副时的磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损,其中与亲和性高的304不锈钢、TC4钛合金粘着磨损严重.CrAlSiN涂层与不锈钢对磨时,摩擦系数最高,达到0.71;与GCr15钢对磨时,摩擦系数最低,但摩擦系数波动大;与钛合金对磨时,摩擦系数介于两者之间.CrAlSiN涂层与亲和性较差的Al2O3陶瓷之间的磨损形式为磨粒磨损,随着磨损的进行,摩擦系数逐渐降低.结论 CrAlSiN涂层与亲和性较高的材料对磨时,磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损,与亲和性较差的Al2O3对磨时为磨粒磨损.     

TC4激光气体渗氮层及其耐腐蚀性能

采用激光气体渗氮工艺可以在TC4钛合金表面生成一层高硬度、高耐磨性的氮化层。主要分析了激光气体渗氮后试样表面宏观状态的变化、渗氮层组织以及渗氮层耐腐蚀性能的变化。通过激光气体渗氮处理后,试样表面粗糙度增加;渗氮层自腐蚀电位相对于TC4钛合金的自腐蚀电位正移了0. 042 4 V,表面耐腐蚀性能增强。     

模拟海水环境中电化学状态对TC4钛合金腐蚀磨损行为的影响（英文）

采用摩擦失重法、电化学测试以及扫描电子显微镜等技术研究TC4钛合金在模拟海水环境中的腐蚀和腐蚀磨损行为,分析电化学状态对TC4钛合金钝化行为、钝化膜失效机制及腐蚀磨损协同作用的影响。结果表明,摩擦过程中TC4钛合金的开路电位明显负移,而且该合金的腐蚀电流密度相比静态腐蚀时提高了3个数量级。合金的腐蚀磨损失重随着电位的升高明显增大,磨蚀与磨损之间存在明显的协同作用,高电位时的腐蚀速度较大但是摩擦因数较低。电位在OCP和0.9 V之间变化时,纯机械磨损量在总腐蚀磨损量中的比重随着电位的升高逐渐降低,而磨损对腐蚀的促进量和腐蚀对磨损的促进量在总腐蚀磨损量中的比重在高电位时尤其显著。     

TC4合金等离子钼基合金化改性层摩擦磨损性能研究

利用双层辉光等离子渗金属技术在Ti6Al4V(TC4)上制备钼基改性层以提高材料的摩擦磨损性能。对改性层的组织结构元素分布和显微硬度进行了测试,并采用球-盘滑动磨损试验机对渗层进行摩擦磨损性能测试。结果表明:Ti6Al4V合金表面经过渗Mo、W-Mo及W-Mo-N共渗都可以形成致密、均匀的表面合金改性层;通过三种表面改性后,钛合金的表面硬度都有不同程度提高,其中W-Mo-N共渗表面硬度提高最大,达1504 HV。在较短滑动距离内,渗钼改性层摩擦系数最小,W-Mo-N共渗次之,W-Mo共渗最大。随着摩擦的深入,渗钼改性层摩擦系数很快升高,超过W-Mo改性层。渗钼改性层磨损表现为磨粒磨损和粘着磨损,W-Mo和W-Mo-N共渗都降低了材料的粘着现象,W-Mo-N共渗最为显著。     

不同压力对 TC4 钛合金真空脉冲渗氮的影响

目的采用不同压力对TC4钛合金进行真空脉冲渗氮处理,提高其表面硬度及耐磨性。方法通过金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计及耐磨试验机分析渗氮硬化层的组织与性能。结果 TC4钛合金经过真空气体渗氮处理后,形成了由Ti N,Ti2Al N和钛铝金属间化合物Ti3Al组成的复合改性层。渗氮压力太低,表面氮化物数量较少,氮化物层较薄;随渗氮压力的增大,表面氮化物数量增多,表面硬度及耐磨性增加。压力为0.015 MPa时,氮化物层表面硬度最大,表面硬度为1100~1200HV,有效硬化层深度为50~60μm。渗氮压力继续增加,表层组织变得疏松,表面硬度及耐磨性开始降低。结论选择合适的渗氮压力和表面氮浓度进行真空脉冲渗氮,可以提高钛合金表面硬度,改善耐磨性。     

Improving tribological properties of Ti6Al4V alloy with duplex surface treatment

Ti-doped diamond like carbon films were deposited on both untreated and plasma nitrided Ti6Al4V alloy using Closed Field Unbalanced Magnetron Sputtering (CFUMBS) method and their tribological properties were evaluated by conducting sliding wear conditions. The influence of the nitrided layer on tribological behavior of Ti-DLC films was studied by means of XRD, SEM, scratch tester, microhardness tester and pin-on-disc tribotester. The microhardness results pointed out that the duplex treatment dramatically increased the surface hardness and reduced the plastic deformation of the alloy. Wear tests showed that Ti-DLC coatings on both untreated and nitrided surfaces caused a reduction in the coefficient of friction. The reason of the reduction in the coefficient of friction was found to be the formation of transfer film between the sliding surfaces. Wear rates demonstrated that wear resistance of duplex treated (Ti-DLC coating after nitriding) Ti6Al4V alloy was significantly improved.     

喷丸预处理对Ti6Al4V合金低温等离子体氮化的影响

为改善钛合金表面耐磨性能,同时达到防止薄壁零部件变形和节约能源的目的,以Ti6Al4V钛合金为对象,研究了喷丸强化预处理对钛合金低温渗氮层及耐磨性的改善作用。结果表明,喷丸强化预处理能够有效促进钛合金表面低温离子渗氮过程,在500 ℃低温渗氮试验条件下,随着喷丸预处理强度的增大,钛合金渗氮效率逐步提高,渗氮层的表面硬度、承载能力和表观韧性逐步增加,使得渗氮层的耐磨性能逐步提高。当喷丸预处理强度增加到0.25 mmA时,Ti6Al4V钛合金渗氮层的表面硬度比单纯渗氮处理试样提高32.7%,磨损率降低42.3%,使钛合金基体的磨损率降低70.5%,较好地实现了喷丸预处理促进钛合金低温离子渗氮的目标。     

TD3钛合金离子渗氮层的摩擦磨损性能

采用等离子表面渗氮技术对TD3合金进行渗氮处理,并对渗氮层显微组织、相组成及硬度进行检测。对渗氮前后TD3合金分别进行常温(25 ℃)及600 ℃的摩擦磨损试验,分析摩擦温度对其摩擦因数、磨痕形貌及磨损率的影响;结果表明,离子渗氮处理后TD3合金表面形成一定厚度的氮化物层,氮化物层在降低摩擦因数的同时,显著降低了TD3合金的磨损率,温度由25 ℃升至600 ℃时,磨痕形貌变化较大,摩擦因数及磨损率也有一定幅度的增加。     

等离子渗氮与喷丸强化复合改进钛合金抗微动损伤性能

利用直流脉冲等离子电源装置对Ti6A14V钛合金表面渗氮处理,研究了渗氮层的相组成、硬度分布、韧度及摩擦学性能,采用喷丸形变强化(SP)对渗氮层进行后处理,以达到联合提高钛合金微动疲劳(FF)抗力的目的.研究结果表明:脉冲电源等离子技术可在钛合金表面获得由TiN、Ti2N、Ti2A1N等相组成的渗氮层,该改性层能够显著地提高钛合金常规磨损和微动磨损(FW)抗力,但降低了基材的FF抗力.渗氮层的减摩和抗磨性能与SP引入的表面残余压应力协同作用,使钛合金FF抗力超过了SP单独作用.提高渗氮层韧度对改善钛合金FF和FW性能均十分重要.     

盐浴渗氮处理对FeCrMnNiAl0.2Ti0.1高熵合金组织及性能的影响

采用盐浴渗氮的化学热处理方法对FeCrMnNiAl_0.2Ti_0.1高熵合金进行表面强化,主要工艺为预热+盐浴渗氮+氧化,研究渗氮温度对渗层和性能的影响。采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪研究不同渗氮温度下高熵合金的组织结构和物相,利用显微硬度计和W-2000摩擦磨损试验机分别测量硬度和耐磨性。结果表明,经过盐浴渗氮后,高熵合金表面形成含氮化物和氧化物的复合渗层,渗氮层深度最高为27.1 μm,硬度最高可达1080.0 HV0.2。盐浴渗氮可以有效提高高熵合金的耐磨性,改善摩擦学行为,640 ℃渗氮试样的磨损率仅为0.025 mm³/(N·m),与铸态相比降低了约76.7%。     

TC4钛合金表面激光熔覆掺Y2O3复合涂层的显微组织和性能

目的提高钛合金表面的耐磨性能。方法在TiB_2:TiC=1:3的粉末配比下,添加不同质量分数Y_2O_3稀土氧化物,制备成膏状混合粉末。采用5 k W横流CO_2激光器,在TC4钛合金表面激光熔覆掺Y_2O_3的TiB_2和TiC粉末,制备耐磨性复合涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对激光熔覆层的微观形貌和组织成分进行了分析;用显微维氏硬度计对熔覆层的显微硬度进行了测量;用万能摩擦磨损试验机对熔覆层的耐磨性能进行了测试。结果添加4%Y_2O_3后,熔覆层中部组织明显细化,结合区由致密组织结构转变为晶须网状结构;熔覆层的最高显微硬度为1404.6HV0.2,是基体的3.7倍;熔覆层的磨损量减少了66.67%,且其摩擦系数有明显的降低。结论添加4%Y_2O_3对TC4钛合金表面激光熔覆TiB/TiC复合熔覆层耐磨性能有显著的提高。     

Ti-6Al-4V合金渗氮层的生物腐蚀行为

采用真空感应快速渗氮技术对Ti-6Al-4V合金进行表面渗氮,将渗氮前后的试样置于SBF溶液中探究其耐蚀性。利用维氏硬度计、光学显微镜、电化学工作站、光学3D表面轮廓仪、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等技术对渗氮层进行测量和观察。试验结果表明:820 ℃下对Ti-6Al-4V钛合金进行真空感应渗氮处理后,渗氮层厚度达20 μm,其氮化物层硬度得到明显提高。同时,经过感应渗氮处理后样品的表面粗糙度增加。电化学试验表明经感应渗氮后Ti-6Al-4V钛合金的耐蚀性明显增强。