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Ti6Al4V合金表面等离子Ti-Ni/Ni合金化工艺及摩擦磨损性能研究

王英芹

  钛及其合金具有质轻,比强度高、杨氏模量低、使用温度宽、耐蚀性能好、综合性能优异等诸多特性,被誉为“全能金属”,是非常具有发展前景的新型结构材料。因而在航空航天、军品、生物医学、汽车、化工等许多行业中广泛应用。然而因钛合金导热性差、硬度低和摩擦时易发热粘着、耐磨性差等特性,限制了钛合金的应用。 近年来,TiNi合金因具有良好的韧性、独特的超弹性及优良的综合性能,受到广泛的关注。TiNi合金硬度与钛合金相当,且耐磨性能优良,这是因为其具有独特伪弹性变形机制。本研究以应用较广泛的Ti6Al4V合金为代表,利用等离子表面合金化技术,结合硬度适中、具有独特伪弹性变形机制且耐磨性优良的TiNi合金,提出了在Ti6A14V合金表面制备类似的TiNi合金层以改善磨损性能的方法。 本课题研究了Ti6A14V合金表面等离子Ti-Ni共渗和渗Ni的工艺及典型工艺的渗层成分、组织、相结构和硬度。采用球-盘磨损实验对比分析了典型工艺下Ti-Ni、Ni合金化试样与基体试样在GCrl 5球和Si3N4球两种配副下的摩擦学行为。选取Ni合金化试样为代表,分析了不同载荷和不同转速的摩擦条件对Ni合金层磨损性能的影响。用改造后的球-盘磨损试验机对比分析了Ni合金化试样和基体在3.5%NaCl溶液、5%HCl溶液、蒸馏水和干燥空气等环境中的腐蚀磨损情况。采用电化学腐蚀方法研究了Ni合金化试样和基体在3.5%NaCl、5%HCl、5%H2SO4溶液中的腐蚀性能。 通过实验结果分析得出下列结论: 1.Ti6A14V合金表面等离子Ti-Ni、Ni合金化典型工艺为:极间距18mm,保温温度900℃,工作气压35Pa/45Pa,保温时间3h,源极与阴极压差250V~300V/350V~450V。 2.典型工艺下制备的Ti-Ni、Ni合金化层表面Ni含量达16.58at%和94.62at%,渗层厚约18.69μm和59.24μm,表面硬度高达625HV和677HV。合金化层成分均呈梯度变化,组织均匀、致密,基体组织为细小的等轴晶。XRD分析知合金化层均由Ti2Ni,TiNi,Ti等相组成。 3.Ti-Ni合金化试样与GCr15球对磨时,摩擦系数较基体高,磨痕宽度较基体小;与Si3N4球对磨时,摩擦系数和磨损率均比基体的小。Ni合金化试样与GCrl 5球对磨时,摩擦系数比基体高,磨损量却相当低;与Si3N4球对磨时,摩擦系数略高于基体,而磨损率低于基体。因而,合金化后试样磨损性能得到了提高。 4.合金化试样在不同载荷条件下,随着载荷的增加,摩擦系数基本接近,磨损率逐渐增大。在不同转速条件下,随着速度的增加,磨损情况存在较佳值。 5.腐蚀磨损过程中,Ni合金化试样在3.5%NaCl溶液、5%HCl溶液、蒸馏水和干燥空气等四种介质环境中磨损性能较基体得到了提高。Ni合金化试样磨损形式表现为粘着磨损,而基体主要为磨粒磨损。 6.在三种腐蚀液即3.5%NaCl、5%HCl、5%H2SO4溶液中的电化学极化曲线分析得知,Ni合金化试样耐腐蚀性能较基体有所降低,这可能与合金化层表面状况及电化学过程中镍离子的析出有关。……   
[关键词]:等离子合金化技术;Ti6A14V合金;TiNi合金;摩擦磨损行为;腐蚀磨损;极化曲线
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:太原理工大学2011年