工业纯钛TA2离子渗氮后的组织结构与真空摩擦磨损性能研究

为研究工业纯钛TA2经离子渗氮技术处理后的真空摩擦磨损性能,利用光学显微镜、白光三维形貌仪、X射线衍射仪和显微硬度计分别对渗氮前后材料的微观结构、表面形貌及表面粗糙度、相组成和硬度进行表征。采用真空摩擦磨损试验机对TA2渗氮前后的摩擦磨损性能测试后,使用白光三维形貌仪、扫描电镜及其附带能谱仪分析磨痕的表面形貌及磨痕表面的元素组成。结果表明:离子渗氮后,TA2表面形成的渗氮层主要由Ti N、Ti2N和α-Ti(N)等硬质相组成,厚度约为80μm,且表面HV硬度由1.40 GPa提升至12.60 GPa;离子渗氮处理使TA2在真空环境中的摩擦系数和磨损体积显著降低,从而有效减摩抗磨;然而在大气条件下,渗氮层的形成导致材料的摩擦系数和耐磨性均显著提高;此外,离子渗氮后材料的磨损机制也发生显著改变:在大气条件下,渗氮后样品的磨损机制由原始样品的磨料磨损、塑性形变及轻微粘着磨损共同作用转化为严重塑性形变、粘着磨损和材料转移,而在真空环境中,原始样品表面主要发生了粘着磨损、塑性形变同时伴有轻微的磨料磨损,而渗氮后材料磨损机制则为磨料磨损。     

无氢离子渗氮Ti6Al4V合金摩擦学性能的研究

以纯氮气为气源,在Ti6Al4V合金表面进行离子渗氮而形成渗氮层。对渗氮层的显微组织、相结构及显微硬度等进行了分析,并用MMW-1A摩擦磨损试验机对渗氮层的摩擦学性能进行了研究。结果表明:在纯氮气、850℃的渗氮条件下,渗氮层主要由化合物Ti N、Ti2N和α-Ti等相组成;渗氮层的硬度较基体材料有较大提高;在滑动摩擦磨损试验中,渗氮层虽无减摩效果,但其耐磨性较基材大幅提高;未渗氮处理试样的磨损机理是磨粒磨损和局部的粘着磨损,渗氮后试样的磨损机理是磨粒磨损和局部的疲劳剥落。     

表面离子渗氮对数控机床主轴的组织与耐磨性能的影响

通过金相、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射分析等手段对数控机床主轴用钢渗氮层进行了显微组织、物相组成和耐磨性能测试,并分析了渗氮层摩擦磨损机理。结果表明,渗氮主轴用钢的氮化层深度约为350μm,氮化层最大硬度为900 HV,基体硬度约为326 HV;氮化层表面化合物层的厚度约为6.4μm,与基体之间的界面连接良好,主要由大量的Fe_3N和少量的Fe_4N构成的复相组织;渗氮钢在相同条件下的摩擦系数都要比未渗氮钢更低且更为稳定,表明渗氮层在滑动摩擦磨损过程中可以起到较好的减磨效果;在相同磨损条件下,渗氮主轴用钢的磨损量和失重率较未渗氮主轴用钢小得多,即前者具有更好的抗磨损性能;未渗氮钢的磨损机制主要为氧化磨损、磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损,而渗氮钢的磨损机制主要为氧化磨损、轻微磨粒磨损和轻微粘着磨损。     

Ti6Al7Nb合金氮离子注入层在小牛血清溶液中的扭动微动摩擦磨损性能

利用高能离子注入及增强沉积系统对Ti6Al7Nb合金做了不同剂量的氮离子注入处理,采用球/平面接触模式,对Ti6Al7Nb合金及其离子注入层/ Zr2O球（直径为25.2 mm）接触副在小牛血清介质条件下进行了扭动微动磨损实验研究。结合动力学分析,借助X射线衍射仪（XRD）、三维形貌仪（3D-profiler）和扫描电镜（SEM）分析了测试材料成分及其扭动微动磨损磨痕形貌和微观组织结构, 探讨了Ti6Al7Nb合金及其离子注入层的扭动微动运行行为和损伤机制。结果表明：N+离子注入在钛合金表面形成了氮化钛层,使钛合金表面的微观硬度明显提高,随着注入剂量的增加,钛合金的硬度逐渐升高,磨痕逐渐变小,磨粒逐渐变细,其抗扭动微动磨损性能也提高     

40Cr钢表面渗氮及制备CrN涂层在重载低速下的摩擦学性能

目的提高40Cr齿轮在重载低速下的摩擦学性能。方法采用离子渗氮和电弧离子蒸发镀(AED)技术在40Cr钢基体上制备了渗氮层和Cr N涂层。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和往复式摩擦磨损试验机,研究了经两种表面处理后40Cr钢的物相组成、形貌和摩擦学性能。结果渗氮样品表面化合物层厚度约10μm,硬度约为558HV。Cr N涂层表面厚度约为4μm,涂层硬度约为1341HV。在60 N载荷的条件下,渗氮处理后40Cr钢的磨损率为104.17×10-6 mm3/(N·m),其磨损机理主要为轻微的粘着磨损和磨粒磨损;制备Cr N涂层后40Cr钢的磨损率为17.36×10-6 mm3/(N·m),其磨损机理主要为轻微的磨粒磨损。结论在20~60 N法向载荷下,制备Cr N涂层后,40Cr钢均表现出最优异的耐磨减摩性能。     

氮化钛 / 氧化钛复相陶瓷涂层的干滑动摩擦磨损性能

目的研究等离子喷涂Ti N/Ti O复相陶瓷涂层的微观组织结构、显微硬度及干滑动摩擦磨损行为和机理。方法采用等离子喷涂技术,在45#钢表面制备Ti N/Ti O复相陶瓷涂层。分析涂层的相组成,测试涂层的硬度。通过磨损试验研究Ti N/Ti O复相陶瓷涂层的磨损行为,并观察涂层的磨损形貌,测试磨损表面的成分组成,探讨Ti N/Ti O复相陶瓷涂层的磨损机理。结果 Ti N/Ti O复相陶瓷涂层均匀致密,平均厚度为350μm,具有明显的层状结构,孔隙率为4.3%,显微硬度为1444HV0.1。在载荷30~50 N、转速370~1102 r/min的范围内,Ti N/Ti O复相涂层与GCr15对磨的摩擦系数为0.0963~0.2778,磨损量为1.32~6.8 mg。随着载荷的增加,摩擦系数下降;随着载荷和转速的增加,磨损量增加。结论等离子喷涂制备的Ti N/Ti O复相涂层组织致密,显微硬度高,在低速低载荷时表现出较好的耐磨性,但随着载荷和转速的增加,耐磨性降低。涂层的磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损。     

TC4钛合金螺栓真空渗氮组织及性能

采用真空技术对TC4钛合金螺栓进行表面渗氮。运用金相显微镜、XRD、显微硬度计、磨损试验机及疲劳试验机研究了渗氮层的显微组织和性能。在相同条件下进行磨损及微动疲劳试验。结果表明,钛合金螺栓经820℃真空渗氮10 h后,渗氮层物相主要由Ti N、Ti2Al N和Ti3Al组成,获得了由氮化物层和氮扩散区组成的致密渗氮层。表面硬度为1100~1200 HV,与基体硬度相比,提高了近3倍,硬化层深度达60~70μm。渗氮试样磨损失重为未渗氮试样的1/3,表面磨痕细密,平均微动疲劳寿命提到了20.2%。TC4钛合金螺栓经真空渗氮后,硬度、耐磨性和微动疲劳寿命得到了明显改善。     

温度对20CrMnTi钢渗氮层组织及耐磨性的影响

采用光学显微镜、端面磨损实验机、显微硬度仪和X射线衍射仪(XRD)等分析测试了20CrMnTi钢经离子渗氮与感应渗氮后渗氮层的组织、耐磨性、硬度及相组成,同时利用光学显微镜对渗氮层的截面形貌进行分析,以及用SEM对渗氮层磨损后的磨痕形貌进行分析。结果表明:通过两种渗氮处理后,20CrMnTi钢表面均可获得Fe_2N、Fe_3N等氮化物;随着渗氮温度的升高渗层深度增加,且在相同温度下感应渗氮后的白亮层厚度高于离子渗氮后的白亮层厚度;感应渗氮和离子渗氮后20CrMnTi钢表面最高硬度分别为960 HV0.25和800 HV0.25。感应渗氮后20CrMnTi钢的磨损率从5.95×10~(-6) cm~3·min~(-1)·N~(-1)降至4.85×10~(-7) cm~3·min~(-1)·N~(-1);离子渗氮后的磨损率从5.95×10~(-6) cm~3·min~(-1)·N~(-1)降至6.13×10~(-7) cm~3·min~(-1)·N~(-1)。20CrMnTi钢渗氮前磨损面有大量剥离区,磨损机制为典型的粘着磨损;渗氮处理后磨损面比较平滑,有少量犁沟,磨损机制主要为磨粒磨损。     

离子渗氮工艺参数对4Cr5MoSiV钢表层组织与性能的影响

目的 研究离子渗氮的温度及时间对4Cr5MoSiV钢渗氮层组织、表面硬度及耐磨性的影响,获得提高硬度、耐磨性的最优工艺参数。方法 对4Cr5MoSiV钢表面进行离子渗氮处理,渗氮温度分别为450、480、510、540 ℃,保温时间分别为5、10、15、20 h。利用维氏显微硬度仪测量渗层深度及表面硬度;利用X射线衍射仪分析渗层物相组成;利用摩擦磨损试验机评价试样耐磨性;通过扫描电镜观察表面磨痕区域。结果 离子渗氮渗层表面的物相主要为γ''-Fe4N相和ε-Fe2~3N相。在实验范围内,随着温度的升高或时间的增加,材料渗层深度、表面硬度增加,磨损率减少,但当温度过高或时间过长时,表面硬度下降,磨损率增加。在480 ℃的条件下进行20 h离子渗氮的材料,表面具有最好的摩擦学性能,表面硬度为1147 HV0.2,磨损率为2.13×10-5 mm3/(N?m),渗氮层深0.24 mm,化合物层深14.05 μm,摩擦系数为0.45,磨损状态为磨粒磨损。结论 离子渗氮是适合于变截面弹簧的表面强化方式,可以在材料表面形成具有一定厚度、均匀分布的渗氮层组织,显著提升表面硬度和耐磨性,降低摩擦系数。     

低温渗氮对水泵用0Cr13Ni4Mo钢表面改性研究

为提高马氏体不锈钢0Cr13Ni4Mo的耐磨性,对水泵叶片进行表面处理,具体为分别在450℃、480℃和510℃对其进行2 h的盐浴渗氮。使用显微硬度计、XRD衍射仪、光镜、电化学工作站、摩擦磨损试验机及SEM等设备,研究了渗氮温度对0Cr13Ni4Mo钢的表面物相、硬度、渗层显微形貌、耐蚀性以及耐磨性的影响。结果显示:随着渗氮温度升高,物相由氮原子在马氏体中的过饱和固溶体α'N转变为Cr N和γ'相,材料点蚀电位下降,同时表面硬度增加,510℃处理后可达HV 1 200,渗层厚度为20μm,Cr N相大量析出,点蚀电位下降360 m V,磨损体积为未渗氮样品的17.6%,减磨效果明显。     

TiO2电极中O2-的形成及迁移过程研究

采用融盐电解法,在900℃熔盐CaCl2中以烧结TiO2为阴极,石墨棒为阳极制备金属钛。研究O2-在TiO2电极中的形成及其迁移过程。结果表明:实验高温促使TiO2结构中氧空位的形成及O2-产生;O2-通过氧空位从阴极内部迁移到表面,钛酸钙是电解过程的必然中间产物,阴极表面生成的致密金属层钛阻碍O2-从阴极内部往表面的迁移。     

TiC掺杂对热压合成Ti2AlC材料的影响

采用热压工艺合成了Ti2AlC块体材料.在不同温度时,通过X射线衍射分析了掺入不同含量TiC混合粉经热压合成试样的物相组成,并采用SEM观察所合成试样的显微结构.结果发现:完全以元素粉为原料不掺TiC的混合粉经1 500℃热压60 min合成Ti2AlC块体材料,且产物中含有TiC和Ti3AlC2杂相;掺入0.5 mol或1.0 mol TiC混合粉经1 400℃热压60 min后合成不含TiC且只含少量Ti3AlC2的Ti2AlC块体材料.同时,探讨了TiC对合成Ti2AlC块体材料的影响机理.     

TiO2电化学还原法提取金属钛的阴极制备工艺

研究TiO2电化学还原法提取金属钛的阴极制备参数——烧结温度和烧结时间。采用SEM、EDS等方法研究烧结温度、烧结时间对TiO2阴极微观结构、孔隙率的影响及不同烧结条件下TiO2阴极电解产物结构和氧含量的变化。结果表明：烧结条件主要影响电极的粒度大小、孔隙尺寸和孔隙分布：在较高温度下烧结较长时间获得的电极片粒度较粗,而孔隙率的变化比较复杂。电极的颗粒尺寸、孔隙率直接影响脱氧率：粒度较小的电极在试验条件下可被充分还原;电极中的开孔和闭孔都有利于电化学还原过程的进行。在1000~1100 °C下烧结4 h获得的TiO2阴极脱氧效果较好。     

Characterization of RuO2＋SnO2／Ti anodes with high SnO2-concentrations

Two SnO2 RuO2/Ti anodes with high SnO2-concentrations were prepared by painting, sintering and annealing through a sol-gel technique. The microstructure, morphology and grain size of coatings and the electrochemical properties of the anodes were investigated by XRD, DTA, SEM, TEM and CV. It is demonstrated that the anodic coatings consist of solid solution (Sn, X)O2 (X represents Ru or Ti) phases. The average grain size of the coatings is about less than 30 nm. When the annealing temperature increases from 450℃ to 600℃, the solid solutions decompose. The crystal of the coating is equiaxial. The morphology of TiO2 SnO2/Ti coatings is a mixture of mud-flat cracking with a kind of agglomerated structure.     

Preparation of Ti by direct electrochemical reduction of solid TiO2 and its reaction mechanism

An electrochemical method for the direct reduction of solid TiO2 was introduced, in which the oxygen is ionized, dissolved in the molten salt and discharged at the anode, leaving pure titanium at the cathode. Titanium was prepared from TiO2 via molten salt electrolysis, and experimental process was studied in detail. The reductive products of TiO2 were analyzed through XRD, SEM, XPS and so on. The results indicate that titanium with high purity is obtained by the electrochemical reduction. Through thermogravimetric analysis of molten CaCl2, it is shown that the dehydration of CaCl2 has to be strictly controlled to eliminate hydrolysis. The cyclic voltammetry studies on the TiO2 cathode electrochemical system show that the reduction of TiO2 is conducted step by step, from exterior to interior and from high-valence to low-valence. The conclusions were also confirmed by study on thermodynamics analysis. The current efficiency can be improved by loading different voltages in different stages.     

A study on the porosity of CO2 laser welding of titanium alloy

0IntroductionTitanium alloys are increasingly applied in aeronauticindustry because of its higher strength to weight ratio thansteel and superior fatigue performance to aluminum alloy.At the same time there are many newtitanium-based alloysoccurring,such as Ti3Al-Nb titanium aluminide[1].Weldsof titanium alloy are prone to porosity,presenting a poten-tial problem for many application requiring sealing,corro-sion and fatigue resistance and good fracture toughness.Many studies have demonstrate…     

添加SnO_2组元对RuO_2 SnO_2 TiO_2/Ti钛阳极组织形貌的影响

通过溶胶凝胶 (Sol gel)法经涂刷、烧结、退火等工艺制备了添加不同含量SnO2 的RuO2 SnO2 TiO2 /Ti三元涂层钛阳极。并通过X射线衍射 (XRD)、差热分析 (DTA)、透射电子显微 (TEM )分析了SnO2 组元对RuO2 TiO2 SnO2 /Ti阳极涂层组织、晶粒尺寸和外观形貌的影响。结果表明 ,所获三元涂层颗粒尺寸细小 ,均为纳米结构 ,且添加SnO2 组元后有显著细化涂层晶粒的效果。在不同退火温度下 ,随SnO2 含量的增加 ,涂层晶粒均能发生一定程度的细化。所获三元阳极涂层主要组成物相为金红石 (Ru ,Sn ,Ti)O2 固溶体 ,SnO2 组元含量较高的涂层出现不同成分金红石相共存的现象 ;当涂层退火温度由 45 0℃升高至 6 0 0℃后 ,SnO2 组元不能阻止 (Ru ,Sn ,Ti)O2 固溶体脱溶分解 ,并析出六方晶系Ru单质 ;添加SnO2 组元的RuO2 SnO2 TiO2 涂层晶粒外观呈较理想等轴状特征     

水热法制备纳米结构TiO2的生长机制及表征

将钛片放入NaOH溶液中,用水热法制备了TiO2纳米线阵列薄膜。系统地研究了水热参数对产物的影响以及纳米结构TiO2的生长机制。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等对样品进行了表征。结果表明,水热过程中,钛溶解和钛酸盐结晶生长之间的动态平衡决定了产物的结构和形貌。在相同温度下,NaOH溶液浓度降低,水热产物的维度就增加。温度升高会促进钛溶解和钛酸盐扩散,使产物在一维尺度上生长。同时高温使晶体结构更加完整。制备的TiO2纳米线陈列显示了良好的光电性能。     

TiO2组元对RuO2+SnO2+TiO2/Ti阳极涂层微观结构的影响

通过溶胶凝胶(Sol-gel)过程制备了添加TiO2的RuO2 SnO2／Ti纳米涂层钛阳极，并通过X射线衍射(XRD)、差热分析(DTA)、透射电子显微镜(TEM)分析了TiO2组元对RuO2 TiO2 SnO2／Ti电极涂层的微观结构和晶粒尺寸的影响。结果表明：涂层组成物主要为(Ru，Sn，Ti)O2固溶体，在TiO2含量增加、退火温度升高时，该固溶体仍可稳定存在；添加TiO2细化晶粒的效果不显著，但随退火温度的升高，TiO2相对含量较高的涂层中晶粒长大速率较低，即TiO2具备稳定晶粒尺寸的作用；添加TiO2的涂层晶粒外观呈较理想的等轴状。