C17200銅合金表面鍍鈦滲氮復合改性研究.pdf

1、本文針對銅合金耐磨性差的問題,采用鍍鈦后等離子體滲氮的方法在C17200銅合金表面制備了改性層,并采用OM、SEM方法對Ti膜和改性層的形貌進行了觀察,采用EDS方法分析了元素分布,用XRD方法對相結(jié)構(gòu)進行了分析,采用顯微硬度測試和摩擦磨損試驗對改性層的性能進行了分析。
　　磁控濺射方法制備的Ti膜表面平整,膜層厚度均勻,質(zhì)量較高。經(jīng)等離子體滲氮處理后表面獲得了主要相組成為Ti2N、CuTi2、CuTi、Cu4Ti3、Ti2Cu3

2、、Cu3Ti、Be3Ti2Cu的改性層。
　　本文在高溫(810℃~880℃)探索了等離子滲氮工藝,發(fā)現(xiàn)高溫下制備改性層存在表面粗糙、易打弧、易污染、易出現(xiàn)褶皺等問題。在810℃采用H2氣氛對鍍2.5μmTi膜的C17200銅合金等溫4h后制備了表面質(zhì)量相對較高的表面改性層,改性層厚度6μm,相組成為主要為Cu3Ti。在低溫下(650℃~790℃)對鍍6.3μmTi膜的C17200銅合金等離子體滲氮后實現(xiàn)了N的滲入并獲得了Ti的氮

3、化物層。Ti2N僅在低溫短時擴散后獲得。在650℃滲氮4h后在C17200銅合金表面獲得了2.54μm的Ti2N層。Ti2N層隨著滲氮溫度和時間的延長而變薄,Cu-Ti金屬間化合物層則隨時間和溫度逐漸增厚。并且金屬間化合層的厚度隨溫度的變化較大,與時間的1/2次方近似成正比。650℃滲氮4h和750℃滲氮8h后分別獲得了9μm和17μm的改性層。在表面形成CuTi2、CuTi、Cu4Ti3、Ti2Cu3和彌散分布的Be3Ti2Cu相,而

4、在基體一側(cè)則優(yōu)先形成Cu3Ti。在750℃滲氮4h和8h后分別獲得了9.5μm厚Cu4Ti3層和14μm厚Cu3Ti層。
　　對表面改性層的顯微硬度分析和摩擦學性能分析發(fā)現(xiàn)Ti2N的出現(xiàn)顯著提高了表面硬度,鍍Ti膜厚度6.3μm的C17200銅合金經(jīng)650℃等離子體滲氮后,表面硬度達到了983HV,為基體達到的最高硬度(350HV)的2.8倍,Cu-Ti金屬間化合物的硬度值稍低,為350~500HV。經(jīng)改性后摩擦系數(shù)和磨損率大幅降

5、低。650℃滲氮4h后的C17200銅合金在與GCr15對磨球的對磨過程中磨損率降低為基體的27％,在與WC對磨球在2N載荷對磨1800s過程中摩擦系數(shù)為0.3~0.5,磨痕較淺,僅出現(xiàn)輕微的擦傷。700℃滲氮4h后的C17200銅合金出現(xiàn)了摩擦增重現(xiàn)象。750℃滲氮6h和8h后在C17200銅合金表面獲得了Cu-Ti金屬間化合物層,耐磨性能也獲得明顯改善。經(jīng)鍍滲復合改性后C17200銅合金的主要的磨損機制發(fā)生變化,不再有嚴重的黏著磨損