热氧化TC4合金在模拟油田介质中的冲蚀磨损行为

采用热氧化技术对TC4合金进行表面处理,使用扫描电镜、能谱仪、光学显微镜、辉光光谱分析仪和X射线衍射仪分析热氧化(TO)层的特征,研究了热氧化TC4合金在模拟油田介质中的冲蚀磨损行为。结果表明:热氧化层主要由金红石相组成,热氧化层具有更高的表面硬度,更低的冲蚀磨损失重。热氧化处理显著提高了TC4合金在模拟油田介质中的抗冲蚀磨损性能。     

热氧化TC4合金在CO2饱和模拟油田采出液中的电化学腐蚀行为

借助热氧化技术对TC4合金进行表面处理,以提高其表面性能。借助扫描电镜,辉光放电光谱分析仪,X射线衍射仪和X射线光电子能谱分析热氧化TC4合金的特征,采用电化学测试技术研究了热氧层和TC4合金基材在CO2饱和模拟油田采出液中的电化学腐蚀行为。结果表明:热氧化处理后,TC4合金表面生成连续、均匀的热氧化层,主要由金红石相组成。热氧化处理显著提高了TC4合金在模拟油田采出液中的耐腐蚀性能。     

TC4合金表面渗钼层在模拟油田介质中的耐蚀性

采用等离子表面合金化技术对TC4合金进行渗钼表面改性,使用光学显微镜,辉光光谱分析仪和X射线衍射仪分析渗钼层的特征,借助电化学测试技术评价TC4合金和渗钼层在模拟油田介质中的耐蚀性。结果表明:渗钼层均匀、连续,渗层由钼的沉积层和扩散层组成;渗钼层的耐蚀性略低于TC4合金。     

热氧化处理对钛合金表面耐磨性能影响的研究

为研究热氧化工艺对钛合金表面耐磨性的影响,提高钛合金的表面硬度和耐磨性能,采用热氧化处理技术在钛合金表面生成热氧化陶瓷层,借助电子探针、X衍射仪对热氧化层进行了成分和结构分析.采用MRH-3型高速滑块磨损试验机,在润滑务件下对经热氧化处理和未处理的Ti6Al4V合金耐磨性进行滑动一滚动试验.结果表明:热氧化后的Ti6Al4V合金的磨损量明显减少,该热氧化处理方法能显著增强Ti6Al4V合金的耐磨性.根据试验结果和系统分析,讨论了热氧化处理后材料的摩擦磨损机制.     

Ti-6Al-4V合金表面的热氧化/真空扩散处理

利用热氧化后真空扩散处理工艺在Ti-6Al-4V合金表面制备了与基体结合良好的硬化层，并在空气和真空条件下分别进行了摩擦磨损试验。结果表明，硬化层由表面氧化物薄层和氧扩散区组成，硬化深度可达60μm。经840℃真空扩散后，在表面硬化层中发现有Ti3A1相形成，使沿层深方向的硬度下降趋势变缓。热氧化／真空扩散处理可有效地降低在空气和真空中的Ti-6Ai-4V合金与GCrl5钢的干摩擦因数，提高Ti—6A1—4V合金在空气和真空中的的磨损抗力。     

TAMZ和TC4合金在Ringer's模拟体液中的微磨粒磨损行为

采用TE66微磨粒磨损试验机对TC4和TAMZ合金在Ringer's模拟体液中的微磨粒磨损行为进行研究。结果表明:两种合金的磨损体积均随载荷、滑移距离和模拟体液料浆浓度的增加呈增加趋势。TAMZ合金的磨损体积要大于TC4合金的磨损体积。TC4合金磨损后的表面呈现出具有方向性的磨痕;TAMZ合金表面的磨损形貌则是无规则无方向性的磨痕。     

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。     

固态颗粒对TC4合金磨损行为的影响

在TC4合金/GCr15钢摩擦界面分别添加MoS_2、Fe_2O_3等固态颗粒,研究两种颗粒对TC4合金磨损行为的影响;采用XRD、SEM、EDS等手段表征TC4合金的磨损特征,并探讨磨损机制。结果表明:TC4合金具有较差的耐磨性,而两种颗粒显著改变其磨损性能。当MoS_2或Fe_2O_3在磨损表面形成连续的固态颗粒层时,TC4合金的磨损质量损失显著下降。Fe_2O_3颗粒层具有较强的承载能力,可以保护钛合金避免磨损;而MoS_2层在高载下容易破碎,TC4合金失去保护作用,磨损增加。无添加及MoS_2层破碎时,TC4合金以磨粒和粘着等严重磨损机制为主,当磨损表面连续覆盖固态颗粒层时由严重磨损向轻微磨损转变。     

Ti-6Al-4V合金热氧化涂层的高温磨损行为研究

通过热氧化/真空扩散处理在Ti-6Al-4V合金表面制备氧化涂层,采用高温磨损试验机对涂层在400 ℃空气中进行干滑动摩擦磨损试验,研究了涂层的高温磨损行为和机制。结果表明：Ti-6Al-4V合金经氧化/扩散后表面形成氧化物涂层,厚度达250 μm。相比于未处理的材料,氧化物涂层的磨损失重非常小,高温耐磨性显著提高。磨损表面均形成摩擦氧化物层,涂层的高耐磨性可归功于硬化的陶瓷涂层与具保护作用的摩擦层的共同作用。主要磨损机制为剥层磨损。     

Ti-6Al-4V合金热氧化涂层的高温磨损行为

通过热氧化/真空扩散处理在Ti-6Al-4V合金表面制备氧化涂层,采用高温磨损试验机对涂层在400℃空气中进行干滑动摩擦磨损试验,研究了涂层的高温磨损行为和机制。结果表明:Ti-6Al-4V合金经氧化/扩散后表面形成氧化物涂层,厚度达250μm。相比于未处理的材料,氧化物涂层的磨损失重非常小,高温耐磨性显著提高。磨损表面均形成摩擦氧化物层,涂层的高耐磨性可归功于硬化的陶瓷涂层与具保护作用的摩擦层的共同作用。主要磨损机制为剥层磨损。     

激光熔覆钛基金属陶瓷复合涂层的组织与性能

为了提高TC4合金的耐磨减摩性,利用激光熔覆技术在TC4合金表面激光熔覆TC4+h-BN混合粉末制备钛基金属陶瓷复合涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)等手段对熔覆层宏观形貌和微观组织进行观察,利用显微硬度计对熔覆层、热影响区、基体的硬度进行测试,通过摩擦磨损试验机对熔覆层和基体的摩擦因数进行测量,利用电子精密天平对熔覆层和基体的磨损量进行检测。结果表明:熔覆层主要由杆状相TiB、三元共晶组织(Ti-B-N)和基底α-Ti组成。熔覆层硬度分布在1000～1200 HV0.5之间,熔覆层磨损机理为轻微的磨粒磨损,TC4基体为严重的磨粒磨损。熔覆层摩擦因数较基体下降了0.04,磨损量较基体下降了7 mg,熔覆层的耐磨减摩性能较基体有所提高。     

550℃表面渗氧对Ti-6Al-4V合金耐磨性能的影响

对Ti-6Al-4V合金550℃的空气中渗氧60 h后的表面形貌、显微组织、成分、硬度、划刻性能和耐磨性进行研究,并与未处理的钛合金进行了比较.结果表明,渗氧后的钛合金表面粗糙度有所增加,表层形成约3.5μm厚的渗氧层,X射线衍射(XRD)检测到了锐钛矿相、金红石相、板钛矿相TiO2和Al2O3相.渗氧层的显微硬度和纳...     

不同压力对 TC4 钛合金真空脉冲渗氮的影响

目的采用不同压力对TC4钛合金进行真空脉冲渗氮处理,提高其表面硬度及耐磨性。方法通过金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计及耐磨试验机分析渗氮硬化层的组织与性能。结果 TC4钛合金经过真空气体渗氮处理后,形成了由Ti N,Ti2Al N和钛铝金属间化合物Ti3Al组成的复合改性层。渗氮压力太低,表面氮化物数量较少,氮化物层较薄;随渗氮压力的增大,表面氮化物数量增多,表面硬度及耐磨性增加。压力为0.015 MPa时,氮化物层表面硬度最大,表面硬度为1100~1200HV,有效硬化层深度为50~60μm。渗氮压力继续增加,表层组织变得疏松,表面硬度及耐磨性开始降低。结论选择合适的渗氮压力和表面氮浓度进行真空脉冲渗氮,可以提高钛合金表面硬度,改善耐磨性。     

钛合金表面半导体激光气体氮化涂层的性能研究

目的提升钛合金(TC4)叶片表面性能,解决失效问题。方法实验采用激光局部气体氮化工艺代替传统氮化工艺,利用2 k W柔性光纤耦合半导体激光器在钛合金(TC4)基体表面采用气体氮化的方法制备TiN表面改性层。采用摩擦磨损试验机和改制的汽蚀装置分别测试了氮化层与基体(TC4)的耐磨性与抗汽蚀性能。结果摩擦磨损实验后,激光氮化层的质量损失为2.3 mg,基体TC4的质量损失为20.2 mg,激光氮化层的损失质量为基体TC4的11.3%,激光氮化层抗磨损性能相较基体TC4提高了7倍。TC4基体汽蚀损失的质量为4.08 mg,而氮化层的质量损失为1.13 mg,氮化层的抗汽蚀性能比基体提高了2.61倍。结论采用半导体激光气体氮化钛合金叶片能够得到分布着大量TiN枝晶的氮化层,提高表面耐磨损性能,氮化层中的TiN枝晶构成的网篮状组织对其表面抗汽蚀性能也有所提高。     

TC4钛合金表面沉积CrAlSiN涂层的组织与性能

为了提高TC4钛合金表面硬度和耐磨性能,通过等离子渗氮技术和多弧离子镀技术相结合的方法对TC4钛合金进行表面改性处理。通过扫描电镜、维氏显微硬度计、三维轮廓仪、高速往复摩擦磨损试验仪和电化学工作站,对比研究了TC4钛合金、渗氮层和CrAlSiN涂层的显微组织、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能。结果表明,经渗氮处理后,TC4合金表面渗氮层硬度提高了约2倍,在此基础上制备的CrAlSiN涂层的平均硬度高达3222 HV0.025,涂层表面存在少许大颗粒和凹坑;CrAlSiN涂层平均摩擦因数为0.22,磨损机理主要为粘着磨损,对磨副的材料粘着到涂层表面,而涂层几乎无磨损,耐磨性能显著提高。CrAlSiN涂层的自腐蚀电位为-0.542 V,比TC4钛合金基体的自腐蚀电位-0.747 V正移了0.205 V,表明在渗氮层基础上沉积CrAlSiN涂层显著提高了合金的耐电化学腐蚀性能。     

TC4合金表面TiNi/Ti2Ni改性层不同载荷滑动干摩擦性能研究

利用等离子表面合金化技术在Ti6Al4V合金表面制备了TiNi/Ti2Ni合金层,考察了合金层的表面形貌、成分分布、截面组织形貌、相结构。采用球盘磨损试验机分析了TiNi/Ti2Ni合金层在不同载荷下的滑动干摩擦学性能,并与基体进行对比。结果表明,基体和TiNi/Ti2Ni合金层磨损机制主要表现为磨粒磨损。在同一磨损条件下,TiNi/Ti2Ni合金层的摩擦系数略低于基体,耐磨性优于基体。TiNi/Ti2Ni合金层在不同载荷的摩擦系数接近,在0.29~0.32之间波动。随着载荷的增加,磨损率增加。     

TC4钛合金表面激光熔覆掺Y2O3复合涂层的显微组织和性能

目的提高钛合金表面的耐磨性能。方法在TiB_2:TiC=1:3的粉末配比下,添加不同质量分数Y_2O_3稀土氧化物,制备成膏状混合粉末。采用5 k W横流CO_2激光器,在TC4钛合金表面激光熔覆掺Y_2O_3的TiB_2和TiC粉末,制备耐磨性复合涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对激光熔覆层的微观形貌和组织成分进行了分析;用显微维氏硬度计对熔覆层的显微硬度进行了测量;用万能摩擦磨损试验机对熔覆层的耐磨性能进行了测试。结果添加4%Y_2O_3后,熔覆层中部组织明显细化,结合区由致密组织结构转变为晶须网状结构;熔覆层的最高显微硬度为1404.6HV0.2,是基体的3.7倍;熔覆层的磨损量减少了66.67%,且其摩擦系数有明显的降低。结论添加4%Y_2O_3对TC4钛合金表面激光熔覆TiB/TiC复合熔覆层耐磨性能有显著的提高。     

对磨材料对TC11合金高温磨损行为的影响

采用高温磨损试验机对TC11合金在400、500、600℃进行磨损试验,研究对磨材料GCr15和M2钢对TC11合金的磨损行为的影响。结果表明,TC11合金无论与GCr15还是M2钢对磨,磨损率均随温度的升高而降低,TC11合金表现出优异的高温耐磨性。在大多数情况下,TC11合金磨损率随载荷增加均处于较低值且波动较小,但在400℃、超过200 N(与GCr15钢对磨)时和在400、500℃,大于200 N(与M2钢对磨)时磨损率显著增加。与M2钢对磨比与GCr15钢对磨使TC11合金磨损率升高。TC11合金的高耐磨性归因于摩擦氧化物层的保护作用。硬的对磨材料(M2钢)比软的对磨材料(GCr15钢)易于破坏TC11合金表面摩擦氧化物层而损害其保护作用。