Ti6AI4V合金表面等離子Ti-N洲i合金化工藝及摩擦磨損性能研究.pdf

1、鈦及其合金具有質(zhì)輕，比強度高、楊氏模量低、使用溫度寬、耐蝕性能好、綜合性能優(yōu)異等諸多特性，被譽為“全能金屬”，是非常具有發(fā)展前景的新型結(jié)構(gòu)材料。因而在航空航天、軍品、生物醫(yī)學、汽車、化工等許多行業(yè)中廣泛應用。然而因鈦臺金導熱性差、硬度低和摩擦時易發(fā)熱粘著、耐磨性差等特性，限制了鈦臺金的應用。
　　 近年來，TiNi合金因具有良好的韌性、獨特的超彈性及優(yōu)良的綜合性能，受到廣泛的關(guān)注。TiNi合金硬度與鈦臺金相當，且耐磨性能優(yōu)良，這

2、是因為其具有獨特偽彈性變形機制。本研究以應用較廣泛的Ti6A14V合金為代表，利用等離子表面臺金化技術(shù)，結(jié)合硬度適中、具有獨特偽彈性變形機制且耐磨性優(yōu)良的TiNi臺金，提出了在Ti6A14V合金表面制各類似的TiNi合金層以改善磨損性能的方法。
　　 本課題研究了Ti6A14V合金表面等離子Ti—Ni共滲和滲Ni的工藝及典型工藝的滲層成分、組織、相結(jié)構(gòu)和硬度。采用球．盤磨損實驗對比分析了典型工藝下Ti-Ni、Ni合金化試樣與基體

3、試樣在GCr15球和Si3N4球兩種配副下的摩擦學行為。選取Ni合金化試樣為代表，分析了不同載荷和不同轉(zhuǎn)速的摩擦條件對Ni合金層磨損性能的影響。用改造后的球-盤磨損試驗機對比分析了Ni合金化試樣和基體在3 5％NaCl溶液、5％HCl溶液、蒸餾水和干燥空氣等環(huán)境中的腐蝕磨損情況。采用電化學腐蝕方法研究了Ni合金化試樣和基體在3．5％NaCl、5％HCl、5％H2SO4溶液中的腐蝕性能。
　　 通過實驗結(jié)果分析得出下列結(jié)論：

4、>　　 1 Ti6A14v合金表面等離子Ti-Ni、Ni合金化典型工藝為：極間距181mm，保溫溫度900℃，工作氣壓35Pa／45Pa，保溫時間3h，源極與陰極壓差250V～300V／350V～450V。
　　 2典型工藝下制各的Ti—Ni、Ni合金化層表面Ni含量達16.58at％和94.62at％，滲層厚約18.69和和59.240m，表面硬度高達625HV和677HV。合金化層成分均呈梯度變化，組織均勻、致密，基體組織

5、為細小的等軸晶。XRD分析知臺金化層均由Ti2Ni，TiNi，Ti等相組成。
　　 3Ti-Ni合金化試樣與GCr15球?qū)δr，摩擦系數(shù)較基體高，磨痕寬度較基體小；與Si3N4球?qū)δr，摩擦系數(shù)和磨損率均比基體的小。Ni合金化試樣與GCr15球?qū)δr，摩擦系數(shù)比基體高，磨損量卻相當?shù)停慌cSi3N4球?qū)δr，摩擦系數(shù)略高于基體，而磨損率低于基體。因而，合金化后試樣磨損性能得到了提高。
　　 4臺金化試樣在不同載荷條件下，隨

6、著載荷的增加，摩擦系數(shù)基本接近，磨損率逐漸增大。在不同轉(zhuǎn)速條件下，隨著速度的增加，磨損情況存在較佳值。
　　 5．腐蝕磨損過程中，Ni合金化試樣在3．5％NaCl溶液、5％HCl溶液、蒸餾水和干燥空氣等四種介質(zhì)環(huán)境中磨損性能較基體得到了提高。Ni合金化試樣磨損形式表現(xiàn)為粘著磨損，而基體主要為磨粒磨損。
　　 6在三種腐蝕液即3.5％NaCl、5％HCl、5％H2SO4溶液中的電化學極化曲線分析得知，Ni合金化試樣耐腐蝕性