钛合金表面加弧辉光离子渗镍铬及其性能研究

采用加弧辉光离子渗金属新技术处理钛合金Ti5Al2.5Sn表面,研究了渗层的相组成特点,成分分布情况,评价了改性层的磨擦摩损性能,及与钛合金基体间的接触腐蚀相容性等。结果表明加弧辉光离子渗技术可以快速地在钛合金表面获得NiCr镀渗复合层。渗层由Ni3Ti等金属间化合物组成,其硬度、耐磨性能均高于离子注氮层,具有较高的抗含Cl^-1水溶液腐蚀性能,在含Cl^-1腐蚀环境中与钛合金基体接触相容。     

TB8钛合金真空渗氮层的组织及耐腐蚀性能

目前,对TB8钛合金的研究主要集中在热处理工艺及机加工方面,对其表面改性尤其是耐蚀性研究不多。为了提高TB8钛合金的腐蚀性能,对其进行真空渗氮。利用XRD、SEM、失重法及电化学测试等方法,考察了渗氮层的组织和耐腐蚀性能。结果表明:TB8钛合金经真空渗氮后表面物相主要有Ti N、Ti3Al N和Al3Ti,改性层的厚度为60~70μm。在氢氟酸和硝酸中进行加速腐蚀,其腐蚀速率仅为基体的1/175,表面膜层未出现明显的腐蚀坑,腐蚀电流降低3个数量级,自腐蚀电位由基体的-0.651 1 V提高到0.107 8 V,耐腐蚀性能得到了明显提高。     

钛合金微弧氧化-聚四氟乙烯复合自润滑膜的制备及其性能

为了提高钛合金表面微弧氧化膜的减摩耐磨性能,在硅酸盐溶液中,对Ti6Al4V钛合金进行微弧氧化处理,采用聚四氟乙烯(PTFE)对微弧氧化膜进行封孔处理后对其进行高温固化,制备了具有自润滑和高耐磨性的微弧氧化-PTFE自润滑膜。采用扫描电镜观察了自润滑膜的表面形貌;采用摩擦磨损试验机研究了其耐磨性能;采用极化曲线研究了其耐腐蚀性能。结果表明:PTFE颗粒已进入微弧氧化膜中,自润滑膜的摩擦系数低至0.15左右,自腐蚀电位较基体大幅正移,腐蚀电流密度大幅降低,自润滑膜的耐磨性能及耐蚀性能均较基体及微弧氧化膜大幅提升。     

Ti6Al4V钛合金渗碳层在HF中的腐蚀行为

用真空感应渗碳方法对Ti6Al4V钛合金进行高速渗碳,研究了渗碳层在HF溶液中的腐蚀行为。对腐蚀前后渗碳层的相结构和形貌的分析发现：对Ti6Al4V钛合金高速渗碳后,在表面生成一层TiC和CTi_0.42V_1.58复合化合物相的渗碳层。因为表面有渗碳层,Ti6Al4V钛合金在浓度为0.2%的HF中?泡其腐蚀速率从4.65×10^-10 g·m^-2·h^-1降低到3.3×10^-10 g·m^-2·h^-1。电化学腐蚀测试结果表明,其自腐蚀电位从未渗碳时的-0.94 V升高到-0.68 V,腐蚀电流密度从4.10 mA·cm^-2降至1.65 mA·cm^-2,极化电阻从6.36 Ω·cm²增大到15.8 Ω·cm²,R_t从0.2 Ω·cm²增大到5.7 Ω·cm²。渗碳层具有n型半导体特性,未渗碳样品具有p型半导体特性。Ti6Al4V钛合金渗碳后,在腐蚀过程中电子转移的阻力增大,使耐蚀性提高。F^-对Ti6Al4V钛合金渗碳层的腐蚀机理,主要是析氢腐蚀。     

Fe+注入增强Ti6Al4V表面喷丸强化层的生物摩擦学性能

为改善Ti6Al4V表面喷丸强化层的生物摩擦学性能,把不同参数Fe~+注入到直径4mm喷丸的强化层中。用Nano IndenterⅡ型纳米显微力学探针测定试样改性层的纳米硬度,在MRTR多功能摩擦磨损试验机上以ZrO_2球/改性层为摩擦副进行人工唾液和透明质酸钠溶液润滑下的生物摩擦学试验,使用S-3000N扫描电子显微镜分析改性层组织形貌和生物摩擦学试验后的磨痕形貌。结果表明:Fe~+注入Ti6Al4V表面喷丸强化层的形成相为Fe2Ti。随着注入能量和剂量增加,Fe_2Ti含量从3.7%增至4.7%;Fe~+注入改性层的纳米硬度从8.46GPa增至10.29GPa,都远高于单一喷丸强化层的5.59GPa;在人工唾液和透明质酸钠溶液润滑下的摩擦因数分别从0.53降至0.38和从0.49降至0.28,都低于单一喷丸强化层的0.62和0.59,磨损呈现不同程度的减轻。Fe~+注入能显著提高Ti6Al4V表面单一喷丸强化层的减摩抗磨性能。     

氮/氟离子注入Ti6Al4V合金耐磨性研究

通过等离子体基离子注入(PBII)表面改性的方法,采用不同的负脉冲偏压对Ti6Al4V合金进行氮/氟离子注入,并研究了改性层的结构、硬度以及摩擦磨损性能等。利用原子力显微镜研究了改性前后的表面粗糙度变化,并用X光电子能谱分析了改性层表面结构和化学组成,还使用力学显微探针分析试样的硬度,并用球盘式摩擦磨损实验仪和扫描电镜表征了摩擦磨损性能并观察了磨痕形貌。测试结果表明:氮氟离子注入改性试样粗糙度降低,并形成了由Ti O2,Ti F3,Ti F4和Ti N等组成的改性层;改性试样的纳米硬度值较未处理基体提高;氮氟离子注入试样表现出更好的弹性回复行为;改性试样摩擦系数和磨损体积均较基体下降,磨痕形貌从粘着磨损为主转变为磨粒磨损,耐磨性改善;注氟偏压-20 k V的试样获得最理想的性能。     

钛合金表面电弧离子镀TiAlN涂层的抗高温氧化性能研究

运用电弧离子镀技术,采用热等静压Ti05Al0.5合金靶在航空用钛合金TC11基片上制备了TiAlN防护涂层,并采用SEM、AES、XPS等方法研究了涂层在空气中的抗高温氧化性能.结果表明,涂层发生了选择性氧化,外层生成富Al层而内层形成富Ti层;同时进行了涂层的室温干摩擦试验,结果表明,TC11钛合金基体同GCr15钢珠的磨损表现出黏着磨损的特征,磨痕宽度约100 μm,而TiAlN涂层通过提高表面硬度改善了钛合金的黏着磨损状况.     

Ti6Al4V钛合金表面Ta2O5/Ta2O5-Ti/Ti多涂层的制备与性能研究

采用磁控溅射技术在Ti6Al4V钛合金表面制备了Ta_2O_5/Ta_2O_5-Ti/Ti多层涂层;利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪 (XPS),分析了涂层的微观结构、物性组成和化学价态;通过划痕仪、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机和电化学工作站,检测了涂层的结合强度、力学性能、摩擦系数和耐腐蚀性。研究结果表明,Ta_2O_5/Ta_2O_5-Ti/Ti多层涂层表面由峰型颗粒组成,粒径大小均匀,涂层结构致密。与Ti6Al4V相比,Ta_2O_5/Ta_2O_5-Ti/Ti多层涂层试样具有较小的摩擦系数,较高的腐蚀电位和较小的腐蚀电流密度,表现出良好的耐磨和耐腐蚀性能,能对Ti6Al4V合金植入材料起到较好的保护作用。     

Ti0.7Al0.3N涂层的抗NaCl和水蒸气腐蚀行为

用电弧离子镀方法在1Cr11Ni2W2MoV不锈钢表面制备Ti0.7Al0.3N涂层,研究了涂层在450℃空气中恒温氧化行为和在固态NaCl和水蒸气综合作用下的腐蚀行为.结果表明:Ti0.7Al0.3N涂层在空气中均具有优良的抗氧化能力,而不锈钢在固态NaCl和水蒸气综合作用下的腐蚀严重,施加Ti0.7Al0.3N涂层显著地提高了不锈钢基体的抗腐蚀性能.1Cr11Ni2W2MoV不锈钢由于生成内层富Cr,外层富Fe的疏松氧化物,其在固态NaCl和水蒸气综合作用下发生严重的腐蚀,而Ti0.7Al0.3N涂层生成致密的Al2O3和TiO2的混合物,使其具有良好的抗氧化和腐蚀性能.     

H13钢在不同环境介质中的磨损性能

金属材料在不同介质中的腐蚀磨损特性不同,以往对H13钢在不同介质中的腐蚀行为研究较少.采用销盘式磨损试验机,对H13钢在空气、蒸馏水、3.5％NaCl溶液、5.0％ NaOH溶液中及不同载荷下进行滑动摩擦磨损试验,考察其磨损特性.结果表明:H13钢在空气中的磨损率最大,3.5％NaCl溶液中的磨损率最小;H13钢在空气中摩擦过程中具有较大的剪切力并产生较大的热量,使其磨损率较大,其主要磨损机制为黏着磨损,并伴有少量氧化物产生;在3种湿环境下,由于介质具有良好的润滑和冷却作用,且表面含有少量氧化物,呈现轻微磨损;蒸馏水中磨损机制为典型的疲劳磨损,3.5 ％NaCl溶液、5.0％ NaOH溶液中呈现腐蚀疲劳磨损.     

Ti6Al4V基体及其改性试样的冲击磨损行为分析

在Ti6Al4V合金基表面制备了N+注入与氮化层、TiN膜及DLC膜,进行小载荷反复冲击,分析不同冲击周次下磨痕形貌及磨坑深度,比较磨损性能。结果表明疲劳磨损是反复冲击条件下实验试样的共同失效机制,主要表现为疲劳剥落。改性后试样的抗冲击磨损能力较基体材料均有提高,其中N+注入与氮化的"长程强化效应"使试样在较高冲击周次保持良好的抗磨性能;晶态结构TiN膜层由于较高的表层硬度,提高了试样的耐磨性,尤其是较低的冲击周次下;DLC膜的特殊非晶态结构,使其在整个冲击过程中具有小的磨损深度,高的失效周次。     

多弧离子镀制备TiN/TiAlN多层薄膜性能研究

采用多弧离子镀技术选取钛靶电流分别为60A、70A、80A和基体偏压分别为-240V、-300V、-360V在高速钢基体上制备Ti N/Ti Al N多层薄膜。使用划痕仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机和马弗炉对膜层的膜基结合力、显微硬度、摩擦磨损性能和热震性能进行检测。结果表明:在钛靶电流为70A和基体偏压为-240V时膜基结合力最高,同时显微硬度也较高;在基体偏压为-300V的条件下,钛靶电流为70A时的摩擦系数最小,其耐磨性能良好;基体偏压为-240V时的抗热震性能良好。     

钛合金镀镍在航空航天工业中应用的可行性研究

研究了钛合金Ti6Al4V经过镀镍处理后作为航空航天材料的可行性。当钛合金经去油、活化等预处理后电镀镍,性能发生较大改变,比较了钛合金镀镍前后表面力学性能和摩擦学性能的变化,并将镀镍层摩擦学性能与氮化钢的摩擦学性能进行比较。研究表明,镀镍层与钛合金基体的结合强度达到了232 MPa,有足够高的结合力抵抗外界冲击,符合作为航空航天材料的要求;镀镍层的表面硬度达到527 Hv0.1,提高了钛合金表面的抗咬合、抗划伤能力,可以提高材料抗划伤切割的性能;在相同的干摩擦条件下,镀镍层磨损量仅为钛合金基体磨损量的1/47;而在水润滑条件下,镀镍层的磨损量则为钛合金基体磨损量的1/42,镀镍可以大大提高基体的抗滑动磨损性能;镀镍层和钛合金的抗磨粒磨损测试结果表明:在相同的试验条件下,镀镍层的磨损量为5.4mg/kr,钛合金的磨损量为28.9mg/kr,远大于镀镍层的磨粒磨损量,镀镍后钛合金抗磨粒磨损的性能得到极大提高。总之,钛合金施镀镍层不但具有良好的结合力,而且能极大提高钛合金的表面性能,与钛合金本身固有的高比强度和优良的耐蚀性相结合,将促进钛合金在航空航天工业中发挥重要作用。     

Ta和Ag离子双注入Ti6Al4V合金抗Hank's溶液腐蚀性能研究

采用Ta和Ag离子双注入对医用Ti6Al4V合金进行表面改性,以Ta离子1.5×1017 ions/cm2先注入,Ag离子1×1017 ions/cm2后注入合金样品表面.采用动电位极化曲线研究Ta+Ag离子双注入前后Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,利用小角掠射X射线衍射技术研究离子双注入前后Ti6Al4V合金表面物相组成,以X射线光电子能谱技术分析离子双注入样品表面、离子注入合金腐蚀样品表面元素存在的化合态.结果表明,Ta+Ag离子双注入改善了Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,离子双注入合金的腐蚀电流密度与对照样相比降低了94.6％.离子双注入Ti6Al4V合金表面生成的耐蚀合金层、少量单质Ta和Ag、合金表面的氧化物腐蚀阻挡层有利于合金抗Hank’s溶液腐蚀性能的改善.     

钛合金微弧氧化膜的性能探讨

钛合金微弧氧化膜具有优良的综合性能,但过去的研究多针对Ti6Al4V及医用纯钛,且电解液常用硅酸盐和磷酸二氢盐体系,不够全面、系统。为此,以磷酸盐溶液体系在船用TA2表面制备了陶瓷微弧涂层。采用SEM、光学显微镜、X射线衍射仪和显微硬度计对陶瓷膜的表面形貌、截面形貌、氧化层厚度、相结构和显微硬度进行了观察测试,用电子万能材料试验机和数字万用表测定了膜层的结合强度和绝缘性,并用盐雾试验机考察了涂层的耐蚀性。结果表明:随氧化时间的延长,膜层厚度不断增加,氧化60min后膜层厚度可达到20μm以上;陶瓷层主要由金红石TiO2相和锐钛矿TiO2相构成,膜基结合强度达到30MPa以上,膜层绝缘性和耐蚀性良好。     

水解沉积--阳极氧化法形成Al-Ti复合氧化膜

通过含钛无机盐的水解沉积及高温热处理,铝电极箔表面形成高介电常数氧化物———TiO2 膜层,然后在己二酸铵溶液中恒电流阳极氧化,形成 Al Ti复合氧化膜。AFM观测了含钛无机盐水解沉积过程中,铝电极箔表面形貌的变化。在铬酸和磷酸的混合溶液中测试了氧化膜的耐电压随溶解时间的变化。通过SIMS检测了复合氧化膜中 Al3 、Ti4 的强度随溅射时间的变化。膜溶解试验及 SIMS 检测结果表明Al Ti复合氧化膜由 3 层组成,外层和中间层为 Al、Ti、O不同配比的混合物,内层则为纯的 Al2O3。铝电极箔比容随氧化膜耐电压的变化关系曲线表明,60V耐电压下,Al Ti复合氧化膜的比容提高率为51%。     

镀铜石墨烯增强钛基复合材料的组织及性能研究

本实验通过超声搅拌加球磨的方式制备了镀铜石墨烯(GNPs)增强Ti6Al4V(TC4)钛基混合粉体,将粉体压制后采用微波烧结制备GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料.通过X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱分析、显微硬度、室温压缩和摩擦磨损等测试手段,研究了石墨烯含量对钛基复合材料微观组织及力学性能的影响.研究结果表明:各石墨烯含量的钛基复合材料均出现Ti2 Cu、TiC相,当石墨烯含量为0.5％时出现GNPs相,且含量越高GNPs相的峰越高.随着石墨烯含量增加,钛基复合材料的相对密度、显微硬度、室温压缩强度和耐磨性先增加后降低,其中石墨烯含量为0.8％时复合材料的性能最好.与未加入石墨烯的Ti6Al4V基体相比,石墨烯含量为0.8％的GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料的显微硬度和压缩强度分别提高80.9％、69.9％.GNPs/Ti6Al4V和GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料的压缩强度分别比Ti6Al4V基体高33.2％和69.9％.微波烧结制备GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料的压缩强度分别比真空烧结和热压烧结高41.6％、22.9％.GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料的磨损机制为磨粒磨损与粘着磨损共存.     

SiC/DLC过渡层对类金刚石薄膜力学性能的影响

采用等离子体浸没离子注入及沉积技术在钛合金(Ti6Al4V)表面制备了类金刚石薄膜和含有SiC/DLC过渡层的类金刚石薄膜。采用拉曼光谱及扫描电子显微镜分析了薄膜的成分和结构,并利用超显微硬度计、薄膜结合力测试仪和往复式摩擦实验机研究了薄膜的硬度、韧性、膜/基结合力和耐磨性。研究结果表明,SiC/DLC过渡层可以提高钛合金(Ti6Al4V)表面类金刚石薄膜的韧性及膜/基结合力,与未制备过渡层的类金刚石薄膜相比,含有SiC/DLC过渡层的类金刚石薄膜的耐磨性明显提高。     

钛合金彩色阳极化

一、前言 钛合金因其比强度高、耐蚀性好而在宇航工业中广泛应用。但因其易于磨损、擦伤和接触腐蚀等倾向又限制了它的充分利用。 为了防止和减轻钛合金的磨损和接触腐蚀,六十年代国外在这方面做了大量的试验研究工作,七十年代末,加拿大的“钛和钛合金的阳极化”已列为国际标准并在西方国家中推广应用。这些方法主要用于标记,对防腐和抗磨只是有些改善。当前,国外应用于钛合金阳极化材料的主要是Ti-6Al-4V和Ti26V。 我国从七十年代后期对钛合金阳极化作了     

多弧离子镀(Cr,Ti,Al,Zr)N多组元超硬梯度膜的结构及性能

(Cr,Ti,Al,Zr)N梯度膜性能优异。采用多弧离子镀技术,使用Ti-Al-Zr合金靶和Cr单质靶在高速钢表面制备(Cr,Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜,利用扫描电镜、能谱、X射线衍射仪、硬度计、划痕仪对膜层形貌、成分、结构、硬度、附着力进行分析,并通过热震性能试验考察了膜层的抗热震性能。结果表明:制备的膜层为面心立方结构,择优生长取向为(220)面;与TiN,(Ti,Al)N,(Ti,Cr)N,(Ti,Al,Zr)N等硬质膜相比,制备的(Cr,Ti,Al,Zr)N多元梯度膜具有更高的硬度和膜/基附着力,硬度可达4400HV,膜/基附着力大于200N,实现了从硬质膜到超硬膜的转变;膜层中N含量梯度可有效减少应力集中,Cr,Al含量的增加有利于提高膜层抗热震性能;负偏压对膜层硬度影响较大,对膜层成分、结构、抗热震性能影响较小,对膜/基附着力基本无影响。