TiAl基合金强韧化原理及新技术的研究

采用现代测试技术,较详尽地研究了TiAl基合金工程材料的强韧化原理、新工艺和新技术。 在合金化方面,探讨了Sb、Pb、Sn和Nd的添加对TiAl基合金显微组织和室温力学性能的影响。其中,Sb具有显著改善 TiAl基合金室温力学性能和高温抗氧化能力的作用。TiAl+Sb合金室温变形时,α_2/γ层片状晶粒的γ板条内形成大量变形孪晶。TiAl+Sb合金的抗氧化性甚至优于Ti-48Al-2Cr-2Nb合金。 在晶粒细化剂的研究中,发现BN可使TiAl基合金铸态晶粒显著细化,其效果优于XD~(TM)技术中的TiB_2。 在TiAl基合金的表面化学热处理的开创性的探讨中,发现渗碳处理可有效地强化TiAl基合金表层,从而明显地提高合金的室温力学性能。多层、复杂结构的渗碳层具有良好的组织热稳定性和抗氧化性,因而使TiAl基合金抗高温长时间氧化能力得到显著改善。 较全面地探讨了TiAl基合金常规热加工和热处理的金属学原理,讨论了常规热处理对热变形TiAl基合金试样的局限性。在此研究基础上,提出了双温热处理新工艺。研究了双温热处理对TiAl基合金热变形试样的显微组织和室温拉伸性能的影响。探讨了双温热处理的金属学原理。     

钛铝基合金离子碳氮共渗及其耐磨性的研究

为提高TiAl基合金的耐磨性及抗高温氧化性,利用渗氮在TiAl基合金表面形成氮化物,以提高耐磨性;渗碳形成致密且与基体结合牢固的碳化物层,提高抗高温、抗氧化性;将二者结合,采用辉光离子碳氮共渗的方法,研究了渗层的相结构组成、不同工艺参数对TiAl基合金离子碳氮共渗后渗层厚度以及表面硬度和耐磨性的影响.结果表明:TiAl基合金共渗层是由碳氮化合物层与过渡层组成的复合相结构;随共渗温度的升高和时间的延长,渗层厚度增加;与未经共渗处理的试样相比,表面硬度及耐磨性显著提高.X射线衍射结果显示,渗层主要由TiC,TiN,AlTi3,Al2O3等组成.     

TiAl基合金的表面渗碳行为及其机理

测定了不同温度下TiAl基合金表面渗碳的动力学曲线,分析了表面渗碳层的结构和组成,研究了TIAl基合金的渗碳机理.结果表明,CO对具有不同扩散速率的Ti和Al进行的选择反应,导致渗碳层的多层结构;TiAl基合金的表面渗碳过程分为两个阶段:渗碳初期和渗碳稳定期.在渗碳初期遵守近似的抛物线增重规律,在渗碳稳定期遵守近似的直线增重规律;在渗碳稳定期,TiAl基合金的表面渗碳反应为零级反应,动力学行为遵守严格的线性变化规则;速率常数与温度的关系较好地遵守Arrhenius公式.     

奥氏体不锈钢离子渗碳后的腐蚀行为

为了提高奥氏体不锈钢零件的使用寿命,利用低温离子渗碳技术对AISI 316L奥氏体不锈钢进行了表面渗碳处理.用X射线衍射仪和光学显微镜分析了渗碳层的微观组织结构,用显微硬度计测试了渗碳层的硬度分布,通过电化学极化曲线测试技术和化学腐蚀试验研究了离子渗碳AISI 316L不锈钢的腐蚀行为.渗碳层为单相碳过饱和奥氏体固溶体,由此明显提高了AISI 316L不锈钢的抗腐蚀性能,渗碳层硬度梯度平缓,表面显微硬度高达900 HV.结果表明,奥氏体不锈钢低温离子渗碳处理不仅提高了其表面硬度,而且提高了不锈钢表面的耐腐蚀性能,从而提高了其使用寿命.     

稀土渗碳对GCr15钢激光熔凝层摩擦行为的作用

为了提高在航空航天和民用等领域中广泛使用的GCr15钢的表面强度及耐磨性能,采用激光熔凝方法对GCr15钢表面稀土渗碳层进行改性处理,研究了稀土渗碳对激光熔凝改性层摩擦系数及磨损量的影响.结果表明:稀土渗碳使GCr15钢表面激光熔凝改性层的摩擦系数有所下降且在整个摩擦过程中波动较小,磨损失重为未经改性处理的基体材料失重的14%(质量分数);随着摩擦时滑动距离的增加及载荷的加大,稀土渗碳激光熔凝改性处理降低磨损失重的作用也显著增大;稀土渗碳层的磨损形式为犁沟磨损,而稀土渗碳激光熔凝处理的改性层则属于局部擦伤型;稀土渗碳在钢表面激光熔凝处理中的作用主要表现为细化晶粒、微合金化、净化和改善组织致密性.     

医用锻造CoCrMo合金高温渗碳性能研究

采用高温气体渗碳技术,对医用锻造钴铬钼合金进行表面渗碳处理.考察了高温渗碳行为对钴铬钼合金性能的影响.运用XRD、显微硬度计和光学动/静态接触角仪等分析手段对渗碳层的物相组成、表面硬度及润湿性能进行分析及测量;利用球-盘摩擦实验在Tyrode’s 溶液润滑条件下对渗碳层的摩擦磨损性能进行测试.结果表明：医用锻造钴铬钼合金经高温渗碳处理后,形成致密的硬质化合物相Cr3C2,合金硬度较未处理试样明显升高,最高可达560 HV.与未处理合金试样相比,渗碳合金的亲水性及耐磨损性得到明显改善,耐磨损性提高近3 倍.     

不锈钢离子渗碳后表面亮化处理方法对渗层形貌和性能的影响

奥氏体不锈钢离子渗碳后,表面覆盖了一层结合牢固、致密的黑色薄膜,不仅影响表面美观度,还影响了耐腐蚀性能.为了恢复不锈钢原有的颜色和提高渗碳不锈钢表面的耐腐蚀性,对其分别进行了机械法和电化学法亮化处理,并对亮化处理后不锈钢表面硬化层的表面形貌、组织结构、硬度及耐腐蚀性能做了比较.结果表明,与机械法相比,电化学亮化处理虽使不锈钢表面硬化层的厚度和硬度略有减小,但表面的耐腐蚀性能却有较大幅度的提高,用电化学法对渗碳不锈钢表面进行亮化处理是一种比较理想的处理方法.     

Q235钢表面双层辉光离子强化层摩擦磨损性能

在真空容器中,设置提供含有欲渗合金元素Mo,Cr的供给源和被渗Q235钢试样,利用双层辉光离子渗金属技术,在试样表面进行Mo-Cr共渗,之后经渗碳、淬火及回火复合处理形成强化层.Mo-Cr共渗层厚度在100μm以上,表面Mo含量可达20%(质量分数,下同),Cr含量达到10%.复合处理后表面硬度达到1300HV0.025.M-200磨损试验机磨损实验表明,摩擦因数平均在0.1左右,平均相对耐磨性是GCr15钢经渗碳、淬火及回火后的2.25倍.     

显微组织应变率对全片层TiAl合金室温塑性的影响

采用了特殊的热处理工艺,分别获得了不同晶粒度和不同片层厚度的显微组织的全片层TiAl合金,并在不同的应变速率下,对这些合金进行了室温单向拉伸实验.结果表明:在一定的应变速率下,晶粒度的降低和片层厚度的增加都会导致全片层TiAl合金室温塑性的增加.在确定的显微组织下,应变率的降低,会导致全片层TiAl合金室温塑性的增加.而当应变率较低、晶粒较大、片层较厚时,试样中容易萌生微裂纹.微裂纹多数在软取向的晶粒中出现.具有小晶粒、厚片层显微组织的全片层TiAl合金在较低的应变速率下将会具有较好的塑性.     

不锈钢等离子渗碳工艺及渗层组织和性能的研究

采用渗碳工艺能够提高不锈钢的耐磨性,但不锈钢表面钝化膜的存在使一般渗碳工艺较难进行.采用离子渗碳工艺对1Cr18Ni9Ti进行了试验和渗后力学性能的研究,结果表明,等离子渗碳速度快,经等离子渗碳后炉冷、渗层碳浓度梯度平缓,表层维氏硬度为600～625 HV,过渡层维氏硬度为370～450 HV,表层和过渡层组织为细小粒状碳化物 奥氏体,心部主要为奥氏体,渗层耐磨性好,基体力学性能优良.     

不同温度下等离子渗氮后TC4钛合金的摩擦磨损性能EI北大核心CSCD

采用等离子渗氮技术提升TC4钛合金的耐磨性并探究最优渗氮温度。利用LDM 1-100型等离子渗氮设备,在650,700,750,800,850℃和900℃温度下对TC4钛合金进行渗氮处理,保温时间均为10 h。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、白光三维形貌仪、X射线衍射仪和显微硬度计分别对不同温度渗氮试样的微观组织结构、表面形貌、表面粗糙度、相结构和硬度进行表征。利用CETR UMT-3型多功能摩擦磨损试验机测试等离子渗氮后TC4钛合金的摩擦学性能。结果表明:TC4钛合金表面显微硬度和粗糙度随温度升高而增大,在900℃渗氮后TC4钛合金表面显微硬度达到了1318HV 0.05,约为基体(360HV 0.05)的4倍。硬度的升高是由于渗氮后试样表面形成了硬质氮化物相(TiN和Ti2N相),且随着渗氮温度升高氮化物的含量增加。相较于低温渗氮(低于750℃)的试样,850℃和900℃渗氮试样的承载能力显著提升。与原始TC4试样相比,渗氮处理后试样的磨损体积显著降低。当渗氮温度为850℃时,试样磨损体积为未处理试样磨损体积的1.2%(1 N),3.0%(3 N)和62.2%(5 N),试样的耐磨性提升更为显著。     

含云母钛铝基自润滑合金的摩擦磨损性能

为了提高Ti Al基合金的摩擦磨损性能,采用放电等离子烧结(SPS)技术制备含云母的Ti Al基合金(TAM);采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪及能谱仪考察了试样的显微组织形貌及其物相结构与成分;采用维氏硬度计测试了试样的显微硬度;采用球盘式摩擦试验机测试了其室温和400℃下的摩擦磨损性能。结果显示:TAM主要含有γ-Al Ti、α2-Ti3Al和云母颗粒,且云母与基体呈现良好的界面结合;TAM的维氏硬度较之基材下降了约54 HV4.9 N;室温下TAM的摩擦系数由基材的0.57下降至0.44,体积磨损量下降幅度达62.5%;高温下TAM的摩擦系数最终与基材一致,表现出零磨损量的特征。云母在常温下发挥了自润滑、自修复功能,表现出良好的减摩抗磨特征;400℃下云母减摩特征被黏着磨损机制掩盖,但保留了自修复性能,展现出了良好的抗磨特性。     

双辉离子TiAl基合金表面Cr-Si共渗及改善其耐磨性能的研究

利用辉光离子渗金属技术,在TiAl基合金表面实现Cr-Si共渗。用SEM、EDS、XRD分别研究了由1号(880℃,2h,13mm)和2号(900℃,4h,18mm)工艺参数制备的合金层形貌、化学成分和相结构。结果表明,1号渗层厚度超过10μm,由外向内依次为Ti5Si3层、Al8Cr5和α2-Ti3Al层、合金过渡层,且与基体呈冶金结合;与之相比,2号渗层厚度仅为5~7μm,表面为富Cr沉积层。摩擦磨损实验结果表明,1号和2号渗层室温耐磨性较基体分别提高7.3倍和4倍,高温(500℃)耐磨性提高26.5倍和17.3倍。     

Tribological behaviors of plasma-treated carbon composite grooved surfaces

The tribological behavior of carbon epoxy composites whose surfaces have many small grooves of 100 μm width were compared with respect to plasma treatment duration under dry sliding conditions. The surface coating material on the grooved surface was high-density polyethylene (HDPE) and suitable plasma treatment time for grooved composite surface for atmospheric pressure plasma system was experimentally investigated by measuring the friction coefficient and wear volume. The wear morphology of the composites observed with a scanning electron microscopic (SEM) revealed that the surface coating layer on the grooved surface significantly improved the wear resistance and the plasma treatment can improve the durability of the coating layer.     

Understanding Wear Interface Evolution to Overcome Friction and Restrain Wear of TiAl–10 wt%Ag Composite

The main objective of this paper is to study wear interface evolution for analyzing the of friction and wear property of TiAl–10 wt%Ag composite. The results show that the friction coefficient and wear rate of TiAl–10 wt%Ag rapidly reduce at 0–25 min and rhythmically fluctuate at 25–60 min. TiAl–10 wt%Ag at 60–240 min obtains low friction and less wear. It is concluded that silver with the low shearing strength of about 125 MPa shows the eminent plastic deformation on wear interface. It effectively reduces friction resistance and material loss, cause TiAl–10 wt%Ag to obtain low friction coefficient, and less wear rate at 0–25 min. Increased silver content, reduces oxide content, and varies wear mechanisms cause the repeating variation of friction resistance and material loss, which results in the rhythmical fluctuation of friction coefficient and wear rate at 25–60 min. High silver contents exist on smooth wear interfaces, exhibit the eminent plastic deformation to lower friction and reduce wear. TiAl–10 wt%Ag obtains the low friction and less wear at 60–240 min.

     

渗碳处理提高TiAl基合金高温抗氧化性

研究了表面渗碳处理Ｔｉ－４８Ａｌ－２Ｃｒ－２Ｎｂ合金高温抗氧化性的影响，结果表明，渗碳处理显著地提高ＴｉＡｌ基合金高温抗氧化能力，归因于渗碳处理在试样表面层形成了具有良好的抗氧化性和高温热稳定性的多层结构的渗碳层。     

双辉等离子涂层对机械曲轴耐磨耐蚀性能的影响

采用双辉等离子技术在机械曲轴表面制备了SiC/Ta复合涂层,研究了合成温度对复合涂层显微形貌、物相组成、耐磨和耐腐蚀性能的影响.结果 表明,当合成温度从750上升至900℃时,复合涂层表面形貌由花纹状逐渐演变成细小颗粒团簇状,截面形貌中可见不同合成温度下复合涂层厚度和内部质量存在一定差异,不同合成温度的复合涂层中都出现...     

QT600材料表面离子镀AlCrN涂层的耐磨性能研究

采用多弧离子镀膜的方法在空压机转子QT600表面制备AlCrN涂层,详细研究干滑动摩擦条件下,不同载荷对涂层和基体的滑动摩擦学特性.研究结果表明:转子基体的磨损形式主要为黏着与磨粒磨损,载荷越高,磨粒磨损越严重;Al-CrN涂层在2N载荷下的磨损形式主要为黏着磨损,在8N载荷下主要为黏着与磨粒磨损.     

Ti6Al4V合金激光原位合成自润滑复合涂层高温摩擦学性能

为提高Ti6Al4V合金的高温摩擦学性能,采用激光熔覆技术在其表面原位合成多相混杂金属基高温自润滑耐磨复合涂层,熔覆粉末的成分为Ni60-16.8%TiC-23.2%WS_2(质量分数,下同),系统地研究复合涂层的显微组织、物相结构及其在20,300,600,800℃下的摩擦学性能和相关磨损机理。结果表明:复合涂层的显微硬度(701.88HV_0.5)约为基体(350 HV_0.5)的2倍;由于原位合成固体润滑相(Ti_2SC/TiS/NiS/TiO/TiO_2/NiCr_2O_4/Cr_2O_3)和硬质相(W,Ti)C_1-x/TiC/Cr_7C_3的协同作用,复合涂层的耐磨减摩性能明显优于基体。随着温度升高,涂层和基体的摩擦因数和磨损率均呈下降趋势,在800℃时复合涂层和基体的摩擦因数分别为0.32和0.43,磨损率分别为1.80×10^-4,2.92×10^-5mm/Nm。在800℃下塑性变形、分层和氧化磨损为基体主要磨损机理,复合涂层以氧化磨损和轻微的黏着磨损为主。     

氧化铝陶瓷的高温磨损与自润滑机理研究

研究了Al₂0₃陶瓷从室温至12000℃在于摩擦条件下的高温摩擦磨损行为。结果表明：在600℃以后的摩擦磨损随温度上升而逐渐减小,在1200℃的摩擦系数仅为室温的60％磨损则降低了两个数量级,表现出良好的高温自润滑特征。在不同温度下,存在三种显著不同的磨损机理．从室温至600℃,主要是磨粒磨损和微断裂,磨损随温度上升而略有增加．在600～1000℃,磨损机理逐渐由脆性断裂过渡到塑性变形和再结晶,在表面形成一个厚度为5～10μm的、类似于纳米材料结构的特殊表面层．随着这种特殊表面层的形成,磨损显著下降．在1200℃,摩擦表面由塑性变形发展到软化状态,出现流体动力润滑,使摩擦磨损进一步降低．