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钛合金齿轮表面等离子Mo合金化研究

赵琪

  钛合金具有比强度高、中低温稳定性好、耐腐蚀性能优异、生物相容性好等一系列优异的特性而广泛的应用于航空航天、生物医学、化工、交通运输、文体及电子等行业;但现有钛合金由于表面承载能力低、耐磨性能差以及特定环境中耐蚀性低等原因,严重影响了钛合金结构的安全性和可靠性。材料的磨损及腐蚀很大程度上由表面性能决定,目前国内外提高钛合金耐磨性能的处理技术主要有电镀、化学热处理、PVD、CVD、激光强化以及等离子表面合金化等。但这些工艺方法存在着膜层薄、提高耐磨性能有限、耐磨层脆、耐冲击载荷性能差或耐磨层耐蚀性能差等问题。为此,针对钛合金的表面耐磨处理要求,研究采用等离子表面合金化在钛合金齿轮表面制备渗Mo镀层(外部镀层可以使合金表面完全改性;梯度中间扩散层可改善改性层-软基材之间的协调变形能力),通过在钛合金齿轮表面制备Mo改性层(Mo和其他合金元素粘着倾向最弱)以克服软基体表面耐磨涂层易剥落的缺点以及提高其抗烧损性能。在不影响钛合金基材性能的情况下,有效提高钛合金表面的耐磨性能,这将大步提高钛合金在工业应用中的使用寿命以及扩展其应用领域。 本论文是源于863计划项目“表面高性能钛合金的制备与性能研究”(2007AA03Z521)。选择Ti6Al4V合金作为研究对象,通过在Ti6Al4V合金齿轮表面制备Mo渗镀改性层的工艺及其对提高齿轮耐磨性能作用的研究,为制备表面高性能钛合金的应用探索一条可行的途径。论文的主要工作是采用等离子表面合金化技术在Ti6Al4V合金齿轮表面制备Mo渗镀改性层,通过提高工件表面的硬度和优化承载能力来有效提高钛合金齿轮表面的耐磨性能;通过XRD, GDOES和SEM对改性层的组织结构进行分析,利用磨损试验机进行滑动摩擦和滚动摩擦试验,检验表面改性后的Ti6A14V合金的耐磨性能,分析其滑动摩擦和滚动摩擦特性;通过滚动接触疲劳试验来检测其抗滚动接触疲劳性能;通过模拟实际工况条件来进行耐磨性研究,通过齿轮跑合试验和实际运转试验来检测表面改性后的Ti6Al4V合金齿轮的实际运行情况,探讨改性层对钛齿轮性能的影响。 本文经过一系列的实验和检测分析,得出以下结果: (1)采用等离子表面合金化技术在Ti6A14V合金表面进行渗Mo,通过工艺控制可获得厚度达18μm的由Mo扩散层和Mo沉积层构成的改性层; (2)改性层的表面硬度达1050HK,比Ti6Al4V合金提高了近三倍,且从改性层表面到Ti6A14V合金基体硬度梯度分布; (3)渗Mo的Ti6A14V合金试样与调质40Cr配副对磨做滑动和滚动摩擦时,摩擦状态明显改善,耐擦性能与承载能力都得到显著提高; (4) Ti6Al4V合金的滚动接触疲劳失效特征是粘着麻点和蚀坑,渗Mo处理能显著改善Ti6Al4V合金的滚动接触疲劳性能; (5)经过渗Mo处理的钛齿轮在跑合和运转试验中取得了成功应用。 本论文的研究工作,进一步丰富了制备表面高性能钛合金的方法及理论,为表面合金化技术在Ti6Al4V合金齿轮表面的应用提供了有益的研究成果。……   
[关键词]:钛合金;齿轮;表面合金化;Mo基改性层;耐磨性;接触疲劳
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:太原理工大学2011年