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。     

钛合金Ti6Al4V表面渗钼层的摩擦磨损性能

利用双层辉光离子渗金属技术在钛合金Ti6Al4V表面进行合金化，形成均匀、致密、厚度为9．4μm的钛钼合金渗层。表面硬度提高3倍左右，达到1050Hκ。采用球盘磨损试验机考察了钛合金Ti6Al4V表面渗钼层和Ti6Al4V钛合金的摩擦性能，得出该合金表面渗Mo后虽然摩擦因数略微增大，但耐磨性提高100余倍；通过对磨损形貌的分析可知，表面渗Mo合金层磨损机制主要表现为粘着及少量微切削。     

时间和粗糙度对4Cr5Mo2V钢离子氮化层高温磨损性能的影响

目的 提高4Cr5Mo2V钢离子氮化层的高温磨损性能.方法 以表面粗糙度(Ra)与氮化时间为变量,通过正交和单变量试验对4Cr5Mo2V钢进行离子氮化.使用显微硬度仪、光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、高温摩擦磨损试验机分别表征4Cr5Mo2V钢离子氮化层的表面硬度、显微硬度梯度、有效厚度、疏松度、物相及高温磨损性能,利用扫描电子显微镜(SEM)和光学轮廓仪对渗层微观组织及高温摩擦磨损试样的磨损体积、磨痕形貌、截面形貌进行分析.结果 氮化6 h时,渗层表面硬度及有效厚度均随粗糙度增加而增大,但疏松度均在3—4级,渗层质量差且高温磨损性能不佳;氮化10 h时,离子氮化效果与氮化6 h时相反,且Ra为1.05μm的试样氮化层逐渐减薄至200μm,渗层疏松度进一步增加至5级;当氮化时间达到14 h时,Ra为0.15μm的试样获得质量最优的氮化层,其渗层有效厚度为300μm,显微硬度梯度为5级,渗层疏松度为1级,该试样在高温摩擦磨损试验下,磨损率比Ra为1.05μm的氮化试样低64％,高温磨损性能显著提高.结论 随着氮化时间的增加,表面粗糙度的增大会造成4Cr5Mo2V钢离子氮化层的减薄及疏松度的增加,使其高温磨损性能变差.表面粗糙度为0.15μm的4Cr5Mo2V钢经14 h氮化后,离子氮化层质量最佳,渗层的高温磨损性能有效提高.     

TC4钛合金表面等离子体电解氮碳共渗层的特征与耐磨性

利用等离子体电解渗技术,在TC4钛合金表面制备了等离子体电解氮碳共渗(PEN/C)层.试验结果表明:在钛合金表面形成的PEN/C渗层为多孔的Ti(C,N),硬度达到2200 HK0.025.以GCr15钢球为摩擦配副时,渗层几乎没有磨损,而GCr15钢球磨损后的磨屑附着在渗层表面导致渗层磨损质量损失为负值;以ZrO2球为摩擦配副时,摩擦系数减小至0.1～0.15,磨损质量损失仅为钛合金基体的1/5～1/4.钛合金表面PEN/C渗层具有优异的减摩耐磨作用,提高了钛合金的耐磨性能.     

TC4 钛合金表面辉光离子渗 Mo 渗 S 复合处理涂层的组织和摩擦学性能

利用辉光离子渗的方法,在TC4钛合金表面首先沉积Mo耐磨涂层,然后对渗Mo层在650℃进行渗S处理,研究了渗Mo渗S复合涂层的表面结构、硬度和磨损性能。结果表明:Mo层渗S后,表面组织细化,硬度降低;渗Mo渗S复合涂层表面形成相以具有润滑作用的MoS2为主,另外还有少量Mo2C和Ti2S相;渗Mo渗S涂层的磨损速率约为TC4的1/10。     

Ti6Al4V钛合金表面Zr-N合金化层的抗高温摩擦磨损性能

为了改善钛合金的高温耐磨性能,采用锆-氮离子共渗与异步渗(渗锆后再氮化处理)两种工艺技术分别在Ti6Al4V钛合金表面制备致密的锆-氮合金化改性层,对比研究了合金化层的组织结构特征和高温摩擦磨损性能。结果表明,两种工艺制备的Zr-N合金层表面均由ZrN相组成,异步渗改性层的内层则包含较厚的Zr-Ti固溶体,两种等离子表面合金化层均使钛合金表面硬度显著提高。同样温度和处理时间条件下,异步渗合金化层的厚度约为锆-氮共渗合金化层厚度的6倍,且氮化物层也较厚,原因归于前者处理过程中Zr与Ti之间良好固溶特性的充分发挥及ZrN相的扩散障作用的有效抑制。300℃高温下球盘摩擦磨损试验结果表明,由于锆-氮共渗合金化层深度较小,因而改善钛合金基材耐磨性能的效果相对较低。锆-氮异步渗处理则使Ti6Al4V钛合金耐磨性能显著提高,摩擦因数降低50%以上,比磨损率降低2个数量级,原因归于该类合金化层高的表面硬度、大的层深、良好的高温抗氧化性能及优异表面承载能力的有机匹配。     

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。     

Ti6Al4V钛合金表面Zr-N合金化层的抗高温摩擦磨损性能

为了改善钛合金的高温耐磨性能,采用锆-氮离子共渗与异步渗(渗锆后再氮化处理)两种工艺技术分别在Ti6A14V钛合金表面制备致密的锆-氮合金化改性层,对比研究了合金化层的组织结构特征和高温摩擦磨损性能.结果表明,两种工艺制各的Zr-N合金层表面均由ZrN相组成,异步渗改性层的内层则包含较厚的Zr-Ti固溶体,两种等离子表面合金化层均使钛合金表面硬度显著提高.同样温度和处理时间条件下,异步渗合金化层的厚度约为锆-氮共渗合金化层厚度的6倍,且氮化物层也较厚,原因归于前者处理过程中Zr与Ti之间良好固溶特性的充分发挥及ZrN相的扩散障作用的有效抑制.300℃高温下球盘摩擦磨损试验结果表明,由于锆-氮共渗合金化层深度较小,因而改善钛合金基材耐磨性能的效果相对较低.锆-氮异步渗处理则使Ti6A14V钛合金耐磨性能显著提高,摩擦因数降低50％以上,比磨损率降低2个数量级,原因归于该类合金化层高的表面硬度、大的层深、良好的高温抗氧化性能及优异表面承载能力的有机匹配.     

Ti6Al4V合金表面离子铌合金化及其耐磨性能研究

采用双辉离子渗技术对Ti6Al4V钛合金表面渗Nb,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、磨损试验机、电化学测试系统研究钛合金表面离子渗Nb合金化层的形态、结构、力学性能、摩擦学性能和电化学腐蚀性能,并探讨渗Nb改性处理对钛合金在3.5%NaCl溶液中腐蚀磨损行为的影响.结果表明,渗Nb工艺参数对合金化层的形态、结构和性能影响显著,高浓度渗Nb合金化改性层表现出良好的强化效果,显著地改善了Ti6Al4V合金的抗大气环境和抗NaCl溶液腐蚀磨损性能.Ti6Al4V合金基材和渗Nb层的耐磨性能在NaCl溶液中优于大气环境,其原因归于溶液的润滑作用和试样的良好耐腐蚀性能.     

304 不锈钢表面 Mo 合金化改性层组织结构及耐磨性研究

目的提高304不锈钢表面耐磨性能。方法利用双辉等离子合金化技术,使304不锈钢表面形成Mo合金化渗层。分析渗层的成分分布和相结构,对比基体材料和Mo合金化改性层的硬度、磨痕形貌和摩擦磨损性能。结果所制备的Mo合金化渗层均匀致密,厚9.6μm,主要由纯Mo相构成。合金化元素Mo在渗层中从基体表面到内部呈梯度分布,表面显微硬度值达806HV0.05。在干摩擦条件下,Mo合金化渗层的比磨损率仅为304不锈钢基体的1/84,使材料的抗磨损性能得到明显改善。结论双辉等离子Mo合金化能够有效改善304不锈钢的抗磨损性能。     

The Tribological Performance of Surface Treated Ti6A14V as Sliding Against Si<Subscript>3</Subscript>N<Subscript>4</Subscript> Ball and 316L Stainless Steel Cylinder

Closed field unbalanced magnetron sputtering was used to deposit diamond-like carbon (Ti-C:H) coatings on Ti6Al4V alloy and gas nitrided Ti6Al4V alloy. Four different specimens were prepared, namely untreated Ti6Al4V alloy (Ti6Al4V), gas nitrided Ti6Al4V alloy (N-Ti6Al4V), Ti-C:H-coated Ti6Al4V alloy (Ti-C:H/Ti6Al4V) and Ti-C:H-coated gas nitrided Ti6Al4V alloy (Ti-C:H/N-Ti6Al4V). The tribological properties of the four specimens were evaluated using a reciprocating wear tester sliding against a Si₃N₄ ball (point contact mode) and 316L stainless steel cylinder (line contact mode). The wear tests were performed in a 0.89 wt.% NaCl solution. The results showed that the nitriding treatment increased the surface roughness and hardness of the Ti6Al4V alloy and improved the wear resistance as a result. In addition, the Ti-C:H coating also improved the tribological performance of Ti6Al4V. For example, compared to the untreated Ti6Al4V sample, the Ti-C:H coating reduced the wear depth and friction coefficient by 340 times and 10 times, respectively, in the point contact wear mode, and 151 times and 9 times, respectively, in the line contact wear mode. It is thus inferred that diamond-like carbon coatings are of significant benefit in extending the service life of artificial biomedical implants.     

Study On the Tribological Behavior of the Arc-added Glow Discharge Plasma Non-hydrogen Carburization On Titanium Alloy Surfaces

This paper introduces a new titanium alloys surface strengthening treatment by using the arc-added glow discharge plasmas non-hydrogen carburization technique. High purity and high strength graphite is selected as cooling cathode arc source for supplying carbon atoms and particle, which migrate to the titanium alloy(Ti6Al4V) surface and form modified layer. Thus, the hydrogen embrittlement is avoided while the tfibological behavior of the titanium alloy surface is improved in the respects of anti-friction and anti-wear ability.The tribological behavior of the modified layer under dry sliding against SAE52100 steel was evaluated on a ball-on-disc test rig. The results showed that the modified layer obtained a thickness of 30μm at 980℃, 30minutes. The microhardness of the Ti6Al4V alloy surface attained 936 HV, which was much larger than that of the Ti6AI4V alloy. The Ti6AI4V alloy was characterized by adhesion wear and scuffing under dry sliding against the steel, while the surface modified layer experienced much abated adhesion wear and scuffing under the same testing condition. This could be attributed to the carbon dement with different modalities exists in the modified layer.The modified layer showed good friction-reducing and fair anti-wear ability in dry sliding against the steel. Using the SEM,XRD and XPS, the phase structure and morphology of the carburization modified layer was analyzed.     

钛合金圆环工件表面合金化及其滚动摩擦性能研究

采用等离子表面合金化技术在Ti6Al4V合金圆环工件表面制备Mo渗镀改性层,将其与未渗Mo处理的Ti6Al4V合金在模拟实际工况条件下进行油润滑的滚动摩擦对比试验,比较二者的磨损情况,并分析磨损机理。结果表明,Ti6Al4V合金表面进行渗Mo处理后,形成了均匀、致密且高硬度的Mo基改性层。Ti6Al4V合金表面渗Mo后,硬度由渗层到基体呈梯度分布。滚动摩擦试验表明,渗Mo处理后表面无减摩效果,但磨损量大大减小,耐磨性得到有效改进。通过对磨损形貌的分析可知,表面渗Mo处理后磨损机理主要以磨粒磨损为主,而基材是磨粒磨损和粘着磨损。     

Ti6Al4V合金干滑动磨损过程中摩擦层及摩擦氧化物的作用

目的分析Ti6Al4V合金在不同滑动速度下的干滑动磨损行为及磨损特征,研究钛合金的磨损机理,并探讨干滑动磨损过程中摩擦层及摩擦氧化物的作用。方法采用销盘式摩擦磨损试验机,对Ti6Al4V合金在不同滑动速度下进行干滑动磨损实验。采用磨损率和摩擦系数表征钛合金的磨损行为,采用SEM、EDS及XRD分析磨损表面及摩擦层的形貌及成分,采用数字显微硬度仪表征摩擦层的力学性能。结果滑动速度在0.5～4 m/s范围内变化,Ti6Al4V合金的磨损率发生显著变化,尤其是在高载条件下。0.5～1.5 m/s速度范围内,磨损率较低,2.68m/s速度下,磨损率达到最高值,4m/s速度下,磨损率达到最低值。0.75m/s速度下,粘着磨损和磨粒磨损为主要磨损机理,氧化磨损为次要磨损机理;2.68 m/s和4 m/s速度下的磨损机理分别为剥层磨损和氧化轻微磨损。2.68m/s速度下的高磨损率与硬度较低的无氧化物摩擦层对应,而4 m/s速度下的低磨损率与高硬度的多氧化物摩擦层对应。结论试验条件改变,Ti6Al4V合金的磨损行为及磨损机理发生变化。不同试验条件下的磨损行为与不同的摩擦层特征相对应,当摩擦层中包含一定量的摩擦氧化物时,这种陶瓷性的摩擦层具有比基体更高的硬度,能有效保护基体,降低磨损率。     

Effect of N-ion implantation and diamond-like carbon coating on fretting wear behaviors of Ti6Al7Nb in artificial saliva

The tribology behaviors of Ti6Al7Nb, its alloy with N-ion implantation, and its alloy with diamond-like carbon (DLC) coating were investigated in artificial saliva. Fretting wear tests of untreated, N-ion implanted and DLC coated Ti6Al7Nb alloys plate against a Si₃N₄ ball were carried out on a reciprocating sliding fretting wear test rig. Based on the analysis of X-ray diffraction, Raman spectroscopy, 3-D profiler, SEM morphologies and frictional kinetics behavior analysis, the damage behavior of surface modification layer was discussed in detail. The results indicated that the fretting wear behavior of Ti6Al7Nb alloy with N-ion implantation was increased with the dose increase of the implanted nitrogen ions. Moreover, the DLC-coated Ti6Al7Nb alloy with low ion implantation could improve the fretting wear behavior greatly. In addition, the Ti6Al7Nb with DLC coating had better corrosion resistance due to the special compact structure. All results suggested that the Ti6Al7Nb with DLC coating had better wear resistance than that with N-ion implantation in artificial saliva.     

Ti6Al4V合金表面Ti(C,N)改性层的摩擦性能

利用双层辉光等离子表面冶金技术,以石墨为源极,Ti6Al4V为阴极,一定比例的氮气和氩气为载气,在其表面形成Ti(C,N)改性层。观察分析了改性层的成分、显微组织及相结构,评价了其纳米硬度和室温干滑动磨损条件下的摩擦磨损性能。结果表明:改性层主要组成相为Ti(C0.3N0.7);碳、氮元素分布由表及里呈梯度分布;改性层纳米硬度高达41 GPa,较基体明显提高;在室温干摩擦磨损条件下,改性层与基体相比,摩擦因数由0.45降低到0.28,比磨损率也大大下降,表现出优异的耐磨减摩性能。     

钛合金Ti6Al4V表面Mo-N改性层的摩擦性能研究

采用钼-氮离子共渗与离子渗钼后再氮化2种工艺,在钛合金Ti6Al4V表面形成均匀致密的钼氮合金渗层.实验结果表明,2种工艺形成的表面合金层表面硬度都有大幅度提高,其中渗钼后氮化的硬度Hk0.1为16 810 MPa,钼-氮共渗Hk0.1为18 040 MPa.渗钼后氮化合金层主要为MoN相,而钼-氮共渗合金层主要为Mo2N相. 干摩擦条件下,球盘磨损试验表明,渗钼后氮化工艺更好地改进了钛合金Ti6Al4V耐磨性,降低比磨损率3个数量级.