Ti6Al4V合金表面纳米管阵列的制备

以氢氟酸和铬酸为电解液,采用阳极氧化法在Ti6Al4V合金表面制备高密度的纳米管阵列.利用场发射扫描电镜、X射线衍射仪和X射线光电子能谱对多孔氧化膜的形貌和结构进行分析,利用极化曲线和电化学阻抗谱研究了电解液中CrO3的作用机理.结果表明:电解液种类决定能否形成多孔氧化膜,而电解液的浓度影响多孔氧化膜的形貌和孔径大小;纳米管阵列氧化膜主要由大部分非晶态组织的TiO2,Al2O3和少部分晶态的Al2TiO5,Al3Ti5O2,Al2O3组成,氧化膜内的Al,Ti原子比高于基体中的Al,Ti原子比;CrO3浓度的高低会影响氧化膜的结构.     

Ti6Al4V钛合金微弧氧化工艺研究

采用直流稳压电源,选用3种不同PH值的碱性微弧氧化电解液,在Ti6Al4V钛合金表面制备微弧氧化膜层;应用扫描电子显微镜分析微弧氧化膜层形貌特征。结果表明,钛合金微弧氧化膜层表面凹凸不平,带有微米级和亚微米级的孔洞,孔洞周围呈现火山丘状形貌特征;微弧氧化电解液PH值越大,火花放电时间越长;在给定电压条件下,电解液PH值越大,微弧氧化膜层厚度越大。     

1215钢与Ti6Al4V合金的动态应力应变行为

通过热模拟实验研究易切削材料1215钢和难切削材料Ti6Al4V合金的动态应力应变行为,讨论易切削材料和难切削材料动态形变行为的差异及其原因,分析切削过程中2种材料的形变再结晶行为。结果表明:1215钢在高温低应变速率条件下,可以诱发动态再结晶过程,出现明显的软化;对于Ti6Al4V合金,在Zener-Hollomon参数(Z参数)较小时,没有出现明显的软化,相反在高应变速率下出现了软化,这种现象难以用动态再结晶理论来解释。     

超硬磨料砂轮干式磨削Ti6Al4V合金的表面完整性研究

针对钛合金干式磨削特点,制备了金刚石和立方氮化硼(cubic boron nitride, CBN)超硬磨料砂轮,进行了与碳化硅陶瓷砂轮干式磨削Ti6Al4V合金的对比试验研究。用扫描电子显微镜、三维体视显微镜、粗糙度仪和显微硬度计对磨削工况和试样表面进行了测定。分析了磨削用量对表面粗糙度的影响,比较了3种砂轮磨削工件的表面粗糙度、表面形貌、微观组织及显微硬度。研究表明:工件表面粗糙度随着磨削深度增大而增大,随着砂轮速度的增大而减小。与绿色碳化硅陶瓷结合剂砂轮相比,CBN和金刚石超硬磨料砂轮磨削工件的表面粗糙度和变质层深度较小,表面无明显烧伤,在一定用量条件下更适合Ti6Al4V合金干式磨削加工。     

磷酸盐浓度对微弧氧化陶瓷膜耐腐蚀性能的影响

为探讨Ti6Al4V合金在不同浓度磷酸盐体系中进行微弧氧化(MAO)后的性能,本实验利用X射线衍射仪、扫描电镜、涡流测厚仪以及电化学工作站等对生成膜层的物相组成、显微形貌、厚度以及耐腐蚀性能等进行研究.结果表明:所制备的微弧氧化膜结构呈表面粗糙,内部致密,含锐钛矿、金红石以及少量羟基磷灰石.随磷酸二氢钾浓度升高,金红石及羟基磷灰石相增多;微弧氧化膜厚度增大到一定值后不再发生变化;微弧氧化致密层与疏松层比例发生变化,增厚的疏松层表面孔增多且孔径增大,降低了膜层的耐腐蚀性能.     

Microstructure and abrasive wear behaviour of anodizing composite films containing Si C nanoparticles on Ti6Al4V alloy

Anodized composite films containing Si C nanoparticles were synthesized on Ti6Al4 V alloy by anodic oxidation procedure in C4O6H4Na2 electrolyte. Scanning electron microscopy（SEM）, energy dispersive spectroscopy（EDS） and X-ray photoelectron spectroscopy（XPS） were employed to characterize the morphology and composition of the films fabricated in the electrolytes with and without addition of Si C nanoparticles. Results show that Si C particles can be successfully incorporated into the oxide film during the anodizing process and preferentially concentrate within internal cavities and micro-cracks. The ball-on-disk sliding tests indicate that Si C-containing oxide films register much lower wear rate than the oxide films without Si C under dry sliding condition. Si C particles are likely to melt and then are oxidized by frictional heat during sliding tests. Potentiodynamic polarization behavior reveals that the anodized alloy with Si C nanoparticles results in a reduction in passive current density to about 1.54×10-8 A/cm2, which is more than two times lower than that of the Ti O2 film（3.73×10-8 A/cm2）. The synthesized composite film has good anti-wear and anti-corrosion properties and the growth mechanism of nanocomposite film is also discussed.     

ICP-AES法测定Ti-6Al-4V合金中Al，V的质量分数

用电感耦合等离子体发射光谱（ICP—AEs）法测定了Ti-6Al—4V合金中Al,V的质量分数,研究了元素分析谱线、仪器分析参数、准确度和精密度等,确定了最佳实验条件．结果表明,该方法的加标回收率为101．3％-108．4％,RSD〈2．0％．该方法简便、快速、准确、精密度好,适用于合金中Al,V质量分数的测定．     

航空钛合金高速切削有限元建模

为了正确模拟钛合金Ti6Al4V高速切削过程中锯齿状切屑形成的过程,深入研究有限元建模过程中有限元模型的建立、材料本构关系、切屑分离准则、材料失效准则、切削热动态耗散与热传导等关键技术.结合实例,分别采用热力耦合分析和绝热分析对钛合金Ti6Al4V的加工过程进行正交切削有限元模拟.通过对2种模型获得的应力分布、温度分布、切削力曲线进行分析,以及将2种模型获得的锯齿状切屑与实际切屑形状进行对比,证明了绝热剪切是导致高速切削钛合金生成锯齿状切屑的原因.     

高速铣削Ti6Al4V刀具磨损的试验研究

针对钛合金Ti6Al4V加工过程中产生的切削热导致刀具的快速磨损这一工艺难题,进行了不同冷却条件下的铣削加工实验。借助扫描电镜分析(SEM)、能谱分析(EDS)等分析手段,研究了刀具的磨损形态及磨损机理。研究表明,粘结磨损是加工钛合金过程中刀具的主要磨损形式,切削液的使用并不一定提高刀具寿命,而机床的稳定性能对刀具磨损有较大影响。     

Ti6Al4V的激光选区熔化单道成形数值模拟与实验验证

对于Ti6Al4V材料的激光选区熔化（SLM）成形工艺,基于离散元方法（DEM）建立粉末颗粒随机分布的三维介观模型.采用流体体积法（VOF）对SLM成形过程的三维自由表面进行动态追踪;考虑TC4颗粒随机分布的粉床、随温度呈非线性变化的热物性参数、熔池自由液面演化、由温度梯度引起的表面张力以及蒸发作用;通过数值模拟研究激光与粉末颗粒相互作用过程中的传热、熔化、流动、凝固等过程. 结果表明,由温度梯度及表面张力梯度产生的马兰戈尼对流是影响熔池内部传热传质和熔池三维形貌的主要因素;线能量密度（LED）与马兰戈尼对流的强度呈正相关,当LED=92.9~183.0 J/m时,单道表面质量较优. 通过单道成形实验对熔池与熔道的三维尺寸与形貌进行观察分析,有效验证了数值模拟的正确性.     

强流脉冲离子束辐照Ti_6Al_4V的实验研究

研究了强流脉冲离子束辐照钛合金Ti6A l4V样品后的表面形貌、显微硬度和表面相结构的变化。随着辐照次数的增加,钛合金表面的熔坑尺寸逐渐增大、密度减小。表面硬度呈现上升-下降-上升的趋势,XRD的结果表明其变化是由于表面宏观应力和表面晶粒的细化等变化引起的.     

Ti6Al4V切削锯齿形切屑绝热剪切带变形的表征

为了研究锯齿形切屑绝热剪切带带内的变形,通过分析锯齿形切屑的形成机理,以绝热剪切带带内剪切应变和剪切应变率来表征绝热剪切带的变形程度,建立绝热剪切带变形的解析模型并进行切削Ti6Al4V实验,收集切削实验获得的切屑.运用建立的绝热剪切带变形解析模型,分析不同切削速度下Ti6Al4V锯齿形切屑绝热剪切带的变形情况,结果表明:在实验条件切削速度范围内(30~200 m/min),随着切削速度的提高,切屑绝热剪切带的变形程度增加,绝热剪切带宽度及间距减小.     

三元层状氮化物Ti4AlN3的抗腐蚀性能

研究了以热压烧结合成的Ti4AlN3块体材料在浓和稀HCl,HNO3以及NaOH中浸泡100d的腐蚀行为。结果表明,Ti4AlN3在HCl中主要表现为孔蚀和晶间腐蚀,且在浓HCl中的失重要大于稀HCl;由失重曲线可见Ti4AlN3在浓HNO3中失重最大,为11．73mg／cm^2,由腐蚀面SEM照片可见较严重的全面腐蚀和剥蚀,XRD图谱显示一部分Ti4AlN3由于失去Al层从而转变为在酸碱中更为稳定的TiN。在酸溶液中,Ti4AlN3晶体的Ti—Al,Ti—Ti和Al—Al键发生断裂,Ti,Al原子溶解在溶液中。Ti4AlN3在NaOH中几乎没有失重,表现出良好的耐碱性能。     

快速凝固热强Al-4Ti-2V-3La合金的显微结构和力学性能的研究

采用金相（ＯＭ）、透射电镜（ＴＥＭ）、扫描电镜（ＳＥＭ）等先进技术研究了快速凝固Ａｌ－４Ｔｉ－２Ｖ－３Ｌａ合金，确定了基体中弥散分布的细小强化相为单一的Ａｌ２０（Ｔｉ，Ｖ）２Ｌａ相，结构为金刚石立方结构，晶格常数ａ＝１．４７ｎｍ。该性能接近当前较成熟的热强铝合金，说明快凝Ａｌ－Ｔｉ－Ｌａ基合金作为热强铝合金具有潜在的实力。     

Bacteria adherence properties of nitrided layer on Ti6Al4V by the plasma nitriding technique

The nitrided layer on Ti6A14V substrate was prepared by the plasma nitriding technique. The sample was characterized by X-ray diffraction （XRD）, glow discharge optical emission spectroscopy （GDOES）, X-ray photoelectron spectroscopy （XPS）, and rough-meter. X- ray diffraction analysis reveals that TiN, Ti2N and Ti phase exist in the nitrided layer subsurface. GDOES analysis shows the thickness of the nitrided layer is about 3 ~tm. XPS analysis shows that there is higher N, lower A1 and lower V in the nitrided layer surface than in the Ti6A14V surface. Rough-meter analysis results show the roughness of the nitrided layer is greater than that of Ti6A14V alloy base. The bacteria adherence property of the nitrided layer on Ti6A14V substrate on the Streptococcus mutans was investigated and compared with that of Ti6A14V alloy by fluorescence microscope. It shows that the nitrided layer inhibits the bacteria adherence.     

涂层刀具铣削Ti6A14V刀具寿命及切削参数优化

对涂层硬质合金刀具高速干铣削Ti6A14V进行了正交试验,获得了刀具寿命的经验公式,并利用扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析了刀具的磨损形态和磨损机理,粘结、扩散及氧化是涂层刀具的主要磨损机理.最后,利用等寿命-效率响应曲面法,对刀具铣削Ti6A14V 的切削参数进行了优化.效率不变的情况下,低速大切深可提高刀具寿命.     

Chip formation in high speed milling of Ti-6Al-4V alloy under nitrogen-oil-mist

High speed milling experiments using nitrogen-oil-mist as the cutting medium were carried out to investigate the characteristics of chip formation for Ti-6Al-4V alloy.Within the range of conditions employed（cutting speed,vc=190-300 m/min;cutting depth of axial,ap=5,7 mm）,saw-tooth chips were produced in these experiments.During the macro and micro analysis of the Ti-6Al-4V chips,an optical microscope and a scanning electron microscope（SEM）were used to study the microstructure and the morphology of the chips,and the X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）was employed for chemical analysis.Comparisons were made to study the influence of different cutting media（nitrogen-oil-mist,air-oil-mist and dry cutting condition）on chip formation.Results indicate that cutting media have significant effects on chip formation.Nitrogen-oil-mist is more suitable for improving the contact condition at chip-tool interface and increasing the tool life in high speed milling of Ti-6Al-4V alloy than air-oil-mist and dry cutting.     

Ti表面改性Al涂层及其抗氧化性能

为了提高钛材的抗高温氧化性能,利用电弧喷涂工艺方法在工业纯钛表面制备了纯Al涂层,对喷涂态纯Al涂层分别进行炉中加热及激光重熔改性处理,以得到具有一定抗高温氧化性能的Ti-Al金属间化合物涂层.对改性处理后的试件进行了800℃/60 h的氧化试验.结果表明,经750℃/5 h炉中加热改性处理后,钛基体表面可形成厚约300μm的TiAl_3金属间化合物层,而经激光重熔改性处理后,钛基体表面形成的TiAl_3金属间化合物层较薄.经高温氧化试验后,炉中加热改性Al涂层的微观组织形貌未发生明显变化,而激光重熔改性Al涂层的微观组织形貌变化较为明显.相比于激光重熔改性处理,经炉中加热改性处理后Al/Ti试件的抗高温氧化性能更佳.     

Plasma-based ion implantation of nitrogen into Ti-6Al-4V: effect of implantation time and pre-or post-implantation aging on nitrogen distribution and microhardness

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＰｌａｓｍａ ｂａｓｅｄｉｏｎｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ (ＰＢＩＩ)ｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｉｓｒｅｐｏｒｔｅｄｔｏｂｅａｖｅｒｙｃｏｓｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＴｉ 6Ａｌ 4Ｖａｌｌｏｙ[1～ 4 ] .Ｆｕｔｕｒｅｗｏｒｋｒｅｍａｉｎｓｔｏｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｏｎｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｅｘａｃｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗｈｅｎａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅａｌｌｏｙ[2 ] .Ｆｏｒｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａ…     

Analysis on the Wear Performances of Cemented Carbide Tools Containing Ti in the Coatings When Machining Ti-6Al-4V Alloys

含钛涂层硬质合金刀具在加工Ti-6Al-4V合金时的磨损性能分析

孙剑飞1,2,3,杜大喜4,丁梓轩1,王凯1,白大山1,陈五一1,2

（1.北京航空航天大学 机械工程及其自动化学院,北京100191;

2.先进航空发动机协同创新中心,北京100191,中国;

3.北京市高效绿色数控加工工艺与装备工程技术研究中心,北京100191,中国;

4.北京航天石化技术装备工程有限公司,北京100166,中国）

摘要：由于钛元素的高亲和力,在加工钛合金时含钛涂层的硬质合金刀具似乎不是最佳的选择。然而在实践中,含钛涂层硬质合金刀具仍然广泛应用于钛合金的加工。为了系统的解释实践与理论之间的矛盾,进行了切削实验。使用俄歇电镜扫描切削区域来解析钛合金与硬质合金刀具之间的扩散过程。并通过分子热力学模拟Ti/Co扩散行为对这一过程进行仿真。实验和仿真结果表明,Ti/Co原子的相互扩散是导致扩散磨损的主要原因。溶解-扩散磨损是含钛涂层硬质合金刀具的主要磨损机制之一。此外,采用四种硬质合金刀具和另外两种金属陶瓷刀具以不同的速度切削Ti-6Al-4V合金,进一步验证含钛刀具在基体和图层中的高亲和力。实验结果表明,含钛硬质合金刀具一般不能用于钛合金的切削加工,但在合理的切削条件下,刀具与工件的亲和力较低。

关键词：磨损机理;Ti/Co扩散;分子热力学模拟;含钛硬质合金刀具;Ti-6Al-4V钛合金