TC11钛合金表面渗锆层组织及其摩擦学性能

为提高TC11钛合金的摩擦磨损性能,对合金表面进行双层辉光等离子渗锆处理,对渗锆层进行了物相分析、组织观察和微区成分分析,并在不同温度下进行了摩擦磨损试验。结果表明：TC11钛合金表面获得了组织致密、厚度为25μm、主要由α-Ti相组成的渗层,锆元素主要固溶在α-Ti相中;在室温和450℃时,渗锆层的摩擦因数均远小于T...     

Ti6Al4V钛合金表面双层辉光等离子钨-钼共渗层的制备及其高温摩擦磨损性能

采用双层辉光等离子表面技术在Ti6Al4V钛合金表面进行钨-钼共渗,并对渗层的结构和高温摩擦磨损性能进行了研究。结果表明:在Ti6Al4V合金表面形成了与基体结合良好的钨-钼共渗层;渗层由沉积层、过渡层和扩散层构成,渗层组织为钨、钼及其在钛合金中的固溶体TixW1-x、MoTi;与基体相比,在450℃条件下共渗层的摩擦因数稍有降低,而耐磨性却显著提高,且磨损后渗层表面磨痕显著减小,粘着和擦伤现象均得到明显减轻,其磨损机制主要是粘着磨损和少量的微切削。     

TC21钛合金液相等离子体法制备碳氮渗层

在由甲酰胺、KCl构成的电解液体系中,通过液相等离子体电解碳氮共渗技术在新型TC21钛合金表面制备Ti(C,N)渗层。通过SEM、XRD、EDS、显微硬度计、三维轮廓仪、球盘摩擦磨损试验机,对渗层的形貌、成分、硬度、摩擦及磨损性能等进行了测试。结果表明,可以通过PECN技术在TC21表面制备出厚3~5μm的多孔状碳氮渗层,渗层晶粒尺寸达到亚微米级别,渗层硬度可以达到1 142HV0.01,渗层在干摩擦条件下的摩擦系数(约0.3)低于TC21基体(约0.6),同时耐磨性显著提升。     

TC4固态渗碳化硼的试验研究

为改善钛及钛合金的表面性能,对TC4在不同温度条件下固态渗碳化硼后的渗层显微组织及硬度等情况进行了试验研究。结果表明,渗层表面为致密分布的化合物层,而在基体内部则形成沿晶界分布的板条状或等轴状的颗粒扩散层;表面渗碳化硼处理可以显著提高TC4的表面硬度,而且由表及里具有良好的硬度梯度;断口形貌分析发现材料由韧性断裂转变成脆性断裂。该工艺设备简单、操作方便、效率高、成本低。     

TC4合金表面铜镍改性层的组织及抗菌性能

采用等离子表面合金化技术,对TC4钛合金表面进行渗铜、镍处理,运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、辉光放电光谱仪等分析了铜镍改性层的形貌、物相及其成分;利用平板培养法检测改性前后钛合金的抗菌性能,并初步分析其抗菌机理。结果表明:经合金化处理后,TC4合金表面形成一层与基体结合良好、厚度约7.5μm的铜镍改性层;涂层表面镍质量分数为40%左右,铜质量分数为8%左右,并沿深度方向呈梯度下降;处理后的TC4合金对大肠杆菌的抗菌效果明显,表现出优良的抗菌性能;其抗菌机理主要与铜的作用有关。     

TC4固态渗碳化硼的试验研究

为改善钛及钛合金的表面性能,对TC4在不同温度条件下固态渗碳化硼后的渗层显微组织及硬度等情况进行了试验研究。结果表明,渗层在表面为致密分布的化合物层,而在基体内部则形成沿晶界分布的板条状或等轴状的颗粒扩散层;表面碳化硼处理可以显著提高TC4的表面硬度,而且由表及里具有良好的硬度梯度;断口形貌分析发现材料由韧性断裂转变成脆性断裂。     

不同基体CrN/CrCN多层涂层海水环境摩擦学性能研究*

为研究不同基体材料对CrN/CrCN多层涂层在海水环境下摩擦学性能的影响,采用多弧离子镀技术在H65铜合金、TC4钛合金和316L不锈钢基体上沉积CrN和CrN/CrCN多层复合涂层,通过XRD、SEM等技术对涂层的结构进行表征,通过结合力、硬度测试和摩擦磨损试验分析涂层在大气环境和海水环境下的力学性能和摩擦学性能。结果表明:CrN/CrCN多层涂层的内应力相对于CrN明显减小,且硬度相对CrN涂层较高;TC4钛合金为基体的涂层结合力较好且涂层硬度较高;在海水环境下涂层的摩擦因数相对于大气环境都有较大幅度下降,其中,以TC4钛合金和316L不锈钢为基体的涂层摩擦因数较小;以H65铜合金为基体的2种涂层在海水中的磨损率高于大气中,而以TC4合金、316L不锈钢为基体的CrN/CrCN多层涂层在海水环境下的磨损率低于大气环境;TC4钛合金为基体的CrN/CrCN多层涂层在海水环境下具有最低的磨损率,表明TC4钛合金更适合作为海水环境下CrN/CrCN多层涂层耐磨的基体材料。     

CeO2添加量对铁基粉末冶金材料表面渗硼层组织与摩擦磨损性能的影响

在渗硼剂中添加CeO₂,采用固体粉末渗硼法对Fe-2%Cu-0.4%C铁基粉末冶金材料进行950℃×5 h渗硼处理,研究了CeO₂添加量(0,2%,4%,质量分数)对渗硼层显微组织和摩擦磨损性能的影响。结果表明：不同CeO₂添加量下的渗硼层均形成单一Fe₂B相;随着CeO₂添加量的增加,渗硼层的表面粗糙度增大,厚度、硬度及耐磨性能呈先增大后减小趋势;当CeO₂添加质量分数为2%时,渗硼层的厚度和硬度均最大,分别约为144μm和58.0 HRC,此时渗硼层的表面完整性相对较好,磨损量最小,约为0.008 g,耐磨性能最佳。     

0Cr18Ni9Ti不锈钢表面渗锆合金层的耐腐蚀性能及抗高温氧化性能

采用双辉等离子渗金属技术在0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢表面制备渗锆合金层,然后将其分别置于在0.5mol·L-1 HCl溶液、3.5%NaCl溶液、0.5mol·L-1 NaOH溶液中进行电化学腐蚀试验,另在静态空气中进行了1 000~1 150℃的高温氧化试验,研究了渗锆合金层的耐腐蚀性能及抗高温氧化性能,并与不锈钢基体进行了对比。结果表明:在三种溶液中,不锈钢基体的相对腐蚀速率分别为渗锆合金层的24.43倍、2.44倍、1.90倍,不锈钢基体表面发生了较为严重的腐蚀,而渗锆合金层只出现了局部腐蚀坑,这是因为在腐蚀过程中其表面形成了一层致密的ZrO2钝化膜;不锈钢基体和渗锆合金层的氧化质量增加曲线都基本遵从抛物线规律;在1 150℃氧化20h后,不锈钢基体表面氧化严重,而渗锆合金层的表面形貌较好,存在少量孔洞,组织相对致密。     

纯钛表面等离子渗镍合金层的显微组织及摩擦学性能

采用等离子表面合金化技术对纯钛进行表面渗镍处理,对渗镍后形成的合金层显微组织、物相组成及硬度进行了分析,并对其摩擦学性能进行了研究。结果表明:渗镍后在纯钛表面形成了与基体结合良好的钛-镍合金层,合金层主要由Ti2Ni、TiNi及钛相组成,厚约30μm,显微硬度约为570HV,合金层的干滑动摩擦磨损性能较纯钛基体的有很大提高。     

外加电控制YG8/TC4摩擦副的试验研究

用配置在车床上的摩擦磨损试验辅助装置研究了热电回路的状态,外加电压大小、方向对刀具工件摩擦副——YG8硬质合金/TC4钛合金的摩擦磨损性能的影响。试验结果表明,断开热电回路和在摩擦副间施加反向调零电压对于减小摩擦系数,抑制YG8刀片的磨损,减小TC4圆盘摩擦表面的Ra值都有显著的效果,同时在摩擦副间施加反向电压时的摩擦磨损性能要优于施加正向电压,施加±6V时摩擦副的性能要优于±4V,这可以为钛合金的切削研究提供试验参考。     

Ti6Al4V钛合金QPQ盐浴复合处理工艺的优化

通过扫描电镜和X射线衍射仪对QPQ(淬火-抛光-淬火)盐浴复合处理后Ti6Al4V钛合金的显微组织和相组成进行分析,采用正交试验法研究共渗时间、共渗温度、氧化时间和氧化温度等4个参数对钛合金耐磨性的影响,并与盐浴氮碳共渗钛合金试样进行对比。结果表明:QPQ盐浴复合处理后,Ti6Al4V钛合金表面形成的渗层由表面至内部依次为氧化层、化合物层、扩散层;当钛合金在610℃共渗1.5h,400℃氧化40min时,其平均磨损量最小,为1.11mg,比氮碳共渗试样的降低了38.3%;当钛合金在580℃共渗3.5h,400℃氧化40 min时,其平均摩擦因数最小,为0.246 7,比氮碳共渗试样的降低了21.8%;经过优化的QPQ盐浴复合处理后,钛合金的耐磨性得到明显提高。     

深冷处理对钛合金力学性能及摩擦磨损性能的影响

为了探究深冷处理对TC4钛合显微组织,力学性能及摩擦磨损性能的影响,采用显微硬度计测定钛合金的表面硬度,光学显微镜观测钛合金经深冷处理后微观组织的变化,万能拉伸试验台测定其拉伸性能,利用摩擦磨损仪研究了深冷处理前后钛合金的磨损性能及利用SEM、EDS分析磨痕的微观形貌和化学成分.结果 表明:深冷处理可以提高TC4钛合金的显微硬度,深冷处理时间为11h时其显微硬度可以达到最大值361 HV1,比初始时提高了3.7％.经过深冷处理后不规则的晶体边角破碎,晶体内的组织均匀化提高;深冷处理可以显著提高材料的抗拉强度,屈服极限及弹性模量,提高材料的力学性能;深冷处理后摩擦系数增加,磨损加剧.     

辉光合成TiN/TiB2复合渗镀层摩擦性能的研究

利用等离子尖端放电、空心阴极效应和反应气相沉积技术，在碳钢表面形成具有扩散层和沉积层的TiN渗镀层，然后在此渗镀层表面沉积（PVD法）TiB2薄膜，形成TiN／TiB2复合渗镀层。并且将其与在碳钢基体表面直接沉积（PVD法）TiB2薄膜进行表面形貌、硬度、摩擦磨损性能对比。结果表明：TiN／TiB2复合渗镀层厚度可达十几微米，成分和硬度呈梯度分布，与基体是冶金结合，结合力好，无剥落现象。表面是均匀、致密、细小的胞状组织。表面平均硬度HV 2600，平均摩擦因数小，耐磨性好。     

搅拌摩擦加工制备TC4钛合金表面载银层的组织形貌和力学性能

采用搅拌摩擦加工方法在Ti-6Al-4V(TC4)钛合金表面成功制备了载银层,研究了银在载银层中形貌、分布及其对载银层力学性能的影响。结果表明:采用此方法可制备厚度700μm左右的载银层;在载银层的表层可观察到大量平均尺寸为10nm左右的银纳米晶,这是由于表面强烈的搅拌剪切力产生了机械纳米化现象;在载银层的次表层内析出了银颗粒,银颗粒与基体以共格或半共格界面连接,不会产生游离的银颗粒;均匀分布的银颗粒使得载银层的表面硬度比基体的提高了约30%,但对基体的弹性模量几乎没有影响。     

高温氧化后Ti6Al4V合金渗氧层的微观结构和力学性能

在850℃对Ti6Al4V(TC4)钛合金板分别进行12,24,36,48h的氧化处理,研究了高温氧化处理后合金近表面渗氧层的微观结构和力学性能。结果表明:高温氧化后的钛合金板表面出现了渗氧层,它是由间隙氧原子的固溶形成的,渗氧层中的氧含量呈梯度分布;随着深度增加,渗氧层的纳米硬度、弹性模量和残余拉应力逐渐下降;氧原子固溶于基体中引起了晶格常数的变化,这是导致梯度结构形成且力学性能提高的主要原因;残余应力的变化是氧化过程中的氧扩散和空冷过程中的热应力共同作用的结果。     

模具钢表面盐浴渗钛层的制备及性能研究

采用盐浴法在Cr12Mo V冷作模具钢表面进行渗钛处理,研究了不同温度和时间对渗层厚度的影响。通过金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度测试仪和旋转摩擦试验仪分析了渗层的显微形貌、相结构、表断面硬度和耐磨性能。结果表明:通过配方优选,在适宜的渗入温度(1000℃)和时间(6h)下,可在模具钢表面形成致密、厚度约13μm的渗钛层,相组成主要为Ti C,渗层具有较高的表面硬度(约2789HV0.3)。室温干摩擦试验表明,与基体相比,相渗层试样的磨损量降低约17倍,平均摩擦系数为0.4054,仅为基体的70.6%,说明模具钢盐浴渗钛处理后具有较佳的耐磨减摩性能。     

激光熔覆对轮轨材料摩擦磨损性能的影响

利用CO 2激光器分别在车轮和钢轨材料表面熔覆一层钴基合金粉,分析熔覆层的微观组织结构和显微硬度,利用MMS 2A摩擦磨损试验机研究轮轨材料激光熔覆钴基合金粉前后的摩擦磨损性能.结果表明:激光熔覆可获得厚度1 mm左右无气孔、裂纹且与基体冶金结合的优质激光熔覆层,熔覆层组织主要由γ Co、Cr 23 C6等相构成,熔覆区主要有平面晶区、胞状晶区、树枝晶区;车轮和钢轨熔覆层的显微硬度分别比基体提高了43%和45%,激光熔覆后的轮轨摩擦磨损性能明显优于轮轨基体,耐磨性能比轮轨基体提高约4倍,激光熔覆后轮轨的磨损机制主要表现为磨粒磨损.     

以煤矸石为渗硅剂在工业纯铜表面制备渗硅层的冲蚀磨损性能

以煤矸石为渗硅剂、铝粉为还原剂,采用固体粉末包埋法在850℃下保温12h对工业纯铜进行渗硅处理,获得了600μm厚的渗硅层;利用X射线衍射仪、扫描电镜等分析了渗硅层的物相组成和截面形貌,并测试了渗硅层的显微硬度和冲蚀磨损性能。结果表明:渗硅层内新生成了Cu0.83Si0.17、Cu4Si、Cu3Al和Cu9Si相,横截面组织由扩散层的亚共析体α+(α+γ)相、过渡层的α相和纯铜基体呈梯度组成;渗硅层的最高显微硬度相对纯铜基体提高了3.74倍;当冲蚀介质的水砂比为50∶16~50∶40时,渗硅层的冲蚀磨损性能较工业纯铜的提高了1.65~2.40倍;当转速为200~400r·min-1时,渗硅层的冲蚀磨损性能较工业纯铜的提高了1.78~2.25倍;当冲蚀角为30°~90°时,渗硅层的冲蚀磨损性能较工业纯铜的提高了1.22~2.62倍。     

SLM成形表面织构对TC4钛合金干摩擦磨损性能的影响

基于一步法思路,采用金属3D打印机基于激光选区熔化（SLM）技术制备表面带有凹坑织构的TC4钛合金试样,采用光学相机、超景深显微镜和扫描电镜观察织构成形情况,利用激光共聚焦位移测试仪和显微维氏硬度计分别测试表面粗糙度和表面硬度,在干摩擦条件下采用摩擦磨损试验仪考察不同载荷下织构密度对TC4钛合金试样摩擦学性能的影响,并使用扫描电镜对摩擦实验前后的表面形貌进行分析。研究结果表明：一步法SLM成形能够在TC4钛合金表面获得成形良好的直径500 μm的织构;随着织构密度的提高,钛合金试样表面粗糙度增大,表面硬度有所降低;干摩擦条件下,提高TC4钛合金试样织构密度有利于磨屑的收集从而减少试样的三体磨损,提高载荷有利于改善摩擦副接触状态;5 N载荷下40%织构密度试样的平均摩擦因数和磨痕宽度均最小,与无织构试样相比,平均摩擦因数和磨痕宽度分别降低12%和16%;40%织构密度下,载荷提高会引起摩擦因数的降低和磨损量增大,磨损表面犁沟和片状剥落增多。在干摩擦条件下,3D打印一步法制备的表面织构可以显著改善TC4钛合金的磨粒磨损和黏着磨损。