摩擦氧化层对TC4合金磨损行为和摩擦系数的影响

选取TC4合金与3种对偶件微动磨损的完全滑移区,研究摩擦氧化层的形成对TC4合金微动磨损行为和摩擦系数的影响。结果表明:室温下摩擦系数曲线经历阶段性变化,磨损表面未形成摩擦氧化层,磨损率均较高。合金基体加热至260℃时,TC4/GCr15微动摩擦系数曲线最早出现由动态稳定向直线稳定的过渡,最早发生轻微磨损转变和摩擦氧化层的形成,磨损率明显减小,TC4/Si_3N_4和TC4/Al_2O_3微动磨损表面未形成摩擦氧化层,磨损率急剧攀升至最大值。继续升温至450℃时,TC4合金与3种对偶件微动磨损均形成不同于基体的摩擦氧化层,磨损率低于室温且达到最小值。TC4合金良好的高温微动磨损性能可归因于分布均匀、连续致密、粘结良好的摩擦氧化层的形成。TC4合金轻微磨损转变前微动损伤由粘着和磨粒磨损控制,轻微磨损转变后由氧化磨损伴随轻微磨粒磨损控制。     

微孔结构对低钴粗晶WC硬质合金摩擦性能的影响

在球-盘摩擦试验机上,以材料为GCr15、304不锈钢、SiC和Si_3N_4球为上试样,下试样为致密的和微孔结构的低钴粗晶硬质合金盘。结果发现:微孔结构对GCr15球/硬质合金盘组成的摩擦副的影响较大,微孔结构显著降低摩擦系数,摩擦系数变化缓慢,最后稳定在0.4附近,而致密硬质合金的摩擦系数波动较大,在0.5~0.6之间波动;对SiC球/硬质合金盘组成的摩擦副略有影响,微孔结构摩擦系数稍有降低,效果不明显;对Si_3N_4球/硬质合金盘组成的摩擦副的摩擦系数几乎没有影响;对304不锈钢球/硬质合金盘组成的摩擦副的摩擦系数反而增大。     

304不锈钢在Na_2SO_4溶液中的微动腐蚀行为

用微动摩擦磨损试验机进行304不锈钢/Al_2O_3摩擦副在Na_2SO_4溶液中的微动腐蚀磨损实验。利用脉冲电位评价微动磨损产生的新生面与磨损表面的关系。结果表明,微动腐蚀磨损量随电位的增高而增大;新生面的面积约为磨痕面积的1/10;304不锈钢的微动腐蚀磨损是由电化学作用引起的腐蚀磨损。     

摩擦配副对TC4合金磨损性能和磨损表面组织的影响

分别采用GCr15和SiC球作为摩擦配副,研究了TC4合金的摩擦磨损性能及磨损表面的组织变化。结果表明:在相同摩擦载荷和磨损时间内,使用GCr15球作为摩擦配副时,TC4合金的摩擦系数较使用SiC为摩擦配副时的高,但磨损质量损失较小。TC4合金基体在两种摩擦配副下的磨损机制均主要为犁削磨损、粘着磨损和氧化磨损;使用GCr15球作为摩擦配副时粘着磨损和氧化磨损更加显著。     

钛合金在海水中的微动磨损特性

采用SRV磨损实验机对TC11钛合金在海水环境下的微动磨损特性进行了研究，分析了载荷大小、振幅以及润滑介质等对摩擦系数和磨损量的影响。结果表明，钛合金的摩擦系数随着振幅的增加而越来越稳定，磨损量则随着载荷或振幅的增加而增加：当振幅较小时，微动磨损机制主要为疲劳脱层伴随着磨粒磨损；当振幅较大时，磨损机制则为磨粒磨损：与水介质相比，海水中的摩擦系数明显降低，最低可降到50％，但在海水中的磨损量却总是小于在水中的磨损量，腐蚀磨损呈“负交互”规律。     

TC4和TA15合金的高温摩擦磨损性能对比研究

分别采用GCr15和Al_2O_3球作为摩擦配副,研究了TC4和TA15两种不同Ti合金在600℃时的高温摩擦磨损性能,分析了其磨损机制。结果表明,与GCr15对磨时,TC4合金的平均摩擦系数较TA15略高。与Al_2O_3球对磨时,TC4的平均摩擦系数较TA15略低。TA15合金在高温下无论是与GCr15还是与Al_2O_3球对磨,其磨损失重均小于TC4合金。在高温下,基体合金表面(包括TC4和TA15)的氧化加剧了其磨损程度。     

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在海水和酸雨中的腐蚀磨损交互作用研究

以GCr15/TC4为摩擦副,蒸馏水、人工海水和人工酸雨为腐蚀润滑介质,使用TRB3销-盘式摩擦磨损试验机研究不同水基介质对TC4合金磨蚀机制及腐蚀磨损交互作用的影响。结果表明：不同水基介质中TC4合金的磨损机制不同,海水中疲劳剥层最严重,蒸馏水中粘着磨损最明显,酸雨中磨粒磨损最显著,且海水和酸雨中的摩擦系数略低于蒸馏水。酸雨中磨痕的长度、宽度、深度均大于海水和蒸馏水;TC4合金磨损体积表现为酸雨>海水>蒸馏水,随循环次数增加呈线性增长。3种介质中TC4合金腐蚀磨损交互作用比率表现为酸雨>海水>蒸馏水趋势,蒸馏水中TC4材料流失由机械因素主导,海水和酸雨中则由腐蚀交互作用与机械因素主导;随着载荷增加蒸馏水中的腐蚀交互作用比率降低,机械因素对磨蚀的影响逐渐显著。     

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。     

海水腐蚀对几种金属材料耐磨性能的影响

研究TC4钛合金、Hastelloy C-276合金、Inconel 625合金和Monel K500合金与316不锈钢对磨时在纯水和模拟海水下的摩擦磨损行为,评价海水腐蚀环境对几种耐海水腐蚀材料耐磨性的影响以及316不锈钢与几种金属配副的磨损行为。结果表明,四对摩擦配副在纯水润滑条件下的摩擦系数明显大于其在海水润滑条件下的摩擦系数,海水具有较好的润滑作用。在腐蚀磨损过程中,腐蚀磨损交互作用量占总腐蚀磨损量的比例ΔV/V为45%~86%,表明在海水环境下腐蚀与磨损的交互作用不可忽视。与不同金属对磨时,316不锈钢对偶材料的磨损量表现出不同的趋势,这可能与摩擦过程中存在的电偶腐蚀有关。     

钛及其合金的扭动微动摩擦磨损特性

采用新型扭动微动试验机在法向载荷为50、80和110 N及角位移幅值为0.3°~10°的条件下进行TA2和TC4合金与ZrO2对磨球的扭动微动试验。在摩擦动力学行为研究的基础上,结合磨痕形貌微观分析,考察TA2和TC4合金的扭动微动磨损特性。结果表明:可用摩擦扭矩—角位移曲线和摩擦扭矩时变曲线表征合金的扭动微动行为,获得了TA2和TC4合金的扭动微动运行工况微动图,TA2合金的混合区较TC4合金的宽。摩擦扭矩随法向载荷和角位移幅值的增加而增加,在相同试验条件下,TA2合金的摩擦扭矩始终大于TC4合金的。在部分滑移区,损伤轻微;在混合区和滑移区,损伤加剧,扭动微动摩擦磨损机制主要为磨粒磨损、氧化磨损和剥落。     

A356铝合金微弧氧化膜微动磨损行为的研究

采用微弧氧化（MAO）在A356铝合金表面制备MAO膜,利用球-平面接触在SRV-V微动摩擦磨损机上探究变载荷和位移下微弧氧化对A356微动磨损机理的影响。结果表明：MAO膜由疏松层和致密层构成,其均匀性、致密性和结合力良好。MAO膜的摩擦系数、磨损率均低于A356,MAO膜减摩耐磨性较好。随位移增加MAO膜的摩擦耗散能系数低于A356,MAO膜能提升A356微动磨损过程的稳定性。载荷增加时A356磨损机制为磨粒磨损-粘着磨损,伴随犁削和疲劳剥层; MAO膜磨损机制为磨粒磨损-粘着磨损和疲劳剥落。位移增加时A356磨损机制为粘着磨损和疲劳剥落,伴随微犁削;MAO膜磨损机制为粘着磨损和疲劳剥层-粘着磨损和磨粒磨损。A356的磨痕内聚集Fe、O元素,存在材料转移和氧化磨损;MAO膜磨痕内聚集Fe元素,存在材料转移。     

TC4合金在不同环境介质中微动磨损行为研究

采用SRV-IV微动磨损试验台,研究TC4钛合金在空气和纯水介质中不同位移幅值下的微动磨损行为及其在模拟海水中的微动腐蚀特性,利用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜分别对磨痕表面形貌、磨损体积及磨痕轮廓进行表征,分析了钛合金在不同环境介质中的微动磨损机制。结果表明:摩擦系数随位移幅值的增大呈现出先增大后减小的趋势,磨损体积随位移幅值的增大而增大;干摩擦条件下,摩擦系数较高且波动剧烈,磨损体积较小,磨损机制主要为磨粒磨损、粘着磨损并伴有氧化磨损;与干摩擦相比,水介质中的摩擦系数较低,磨损体积显著增大,且模拟海水中的摩擦系数更低更稳定,磨损轮廓更深,说明腐蚀与磨损之间存在"正"交互作用;TC4合金在纯水介质中的微动磨损机制主要为疲劳磨损和磨粒磨损,而在模拟海水中的微动磨损机制主要为磨粒磨损和腐蚀磨损。     

晶粒细化对放电等离子烧结TC4合金微动磨损性能的影响

结合高能球磨和放电等离子烧结制备出具有粗晶组织、粗细晶双尺度组织和超细晶组织的TC4合金;采用球-盘微动磨损装置对比研究了这3种显微组织TC4合金在干摩擦条件下的微动磨损性能,分析了晶粒细化对TC4合金摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着晶粒的逐步细化,TC4合金的摩擦系数和磨损率逐渐降低。这主要是因为晶粒细化导致TC4合金硬度逐渐提高,并引起磨损机制的转变。粗晶TC4合金的磨损机制为严重的粘着磨损、疲劳剥层磨损和氧化磨损;而双尺度和超细晶TC4合金的磨损机制以磨粒磨损为主并伴随着轻微的粘着磨损和氧化磨损。超细晶TC4合金拥有最高的硬度(HV为4560 MPa),在载荷30 N下具有最低的摩擦系数(~0.76)和磨损率(1.89×10-4mm3·N-1·m-1),说明晶粒细化有助于提高TC4合金的摩擦磨损性能。     

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。     

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。     

不同摩擦副材料对TC4合金摩擦磨损性能的影响

利用TRB³摩擦试验机采用球/平面接触形式探究TC4合金摩擦磨损性能，使用TC4合金球、GCr15钢球以及Si₃N₄陶瓷球作为对摩副探究TC4合金在不同法向载荷作用下摩擦划痕和磨损特性；通过3D激光共聚焦显微镜测量摩擦划痕形貌，建立能量磨损模型探究磨损过程中接触状态的变化机制，预测磨损进程。结果表明：随着上试样硬度的逐渐降低，球/平面的接触状态向微平面/平面的接触状态转变，摩擦划痕状态受到钛合金在压头前端位错墙和压头后端黏着颗粒的影响，划痕长度和宽度随载荷的增加线性增长，划痕深度出现“锯齿”状波动；“切削与塑性比”f_cp分布于f_cp=0.5两侧说明压头对TC4合金的损伤以微犁耕和微切削2种机制交互作用，说明划痕表面加工硬化现象对表面的保护作用，划痕硬度和表面粗糙度的关系可以预测材料变形过程中的损伤情况。     

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。