钛合金热浸镀铝镀层的磨损行为和磨损机理

摘要

本文通过对TC4钛合金热浸镀后进行不同温度和时间的真空扩散处理，表面获得钛铝金属间化合物镀层。采用MPX-2000型磨损试验机，针对经650℃扩散0.5h后的热浸镀铝镀层在不同工况条件下进行干滑动磨损实验，系统研究了镀层的磨损行为，采用SEM、XRD、EDS、XPS以及显微硬度仪等微观测试手段检测和分析了钛铝镀层的组成和结构以及磨面和剖面的形貌、物相、成分和性能，重点研究了钛铝镀层在磨损过程中摩擦层的形成及作用，探讨了磨损机理。 结果表明：TC4钛合金经热浸镀铝及扩散退火后获得TiAl3金属间化合物镀层。扩散温度和保温时间对镀层的组织和结构有一定的影响。分析可知，浸镀铝化后的TC4合金再经650℃扩散0.5h后所获得的钛铝镀层致密，与基体界面结合良好，硬度高达614HV。而随着扩散时间的延长和温度升高，镀层出现了大量的裂纹和孔洞甚至剥落。经650℃扩散0.5h后所获得的钛铝金属间化合物镀层质量最佳。 研究发现，钛铝金属间化合物镀层在不同载荷下磨损量随着滑动速度的升高而呈现相似的变化。在滑动速度0.5-4m/s内，磨损量先随速度的升高而降低，在0.75m/s后磨损量先是平缓上升，然后急剧升高，在2.68m/s时，磨损量升至最高值。随着速度继续升高，磨损量又开始下降，在4m/s下磨损量降至最低值。在相同滑动条件下，钛铝镀层在高速 4m/s 时的耐磨性最好，而在2.68m/s时的耐磨性最差。在相同滑动条件下，TC4合金的磨损量明显高于钛铝金属间化合物镀层，尤其在4m/s时，表现的更为显著。可见，TC4合金经镀渗铝扩散获得钛铝金属间化合物镀层使耐磨性得到改善。通过分析可以认为，这主要是由于钛铝镀层和摩擦层的共同作用的结果。钛铝镀层在滑动过程中通过自身消耗或存在改善了TC4合金的耐磨性。不同滑动条件下，镀层磨损表面皆形成了不同于基材的摩擦层。研究发现，钛铝镀层的抗磨性取决于摩擦层的特征和性能。而摩擦层的特征和性能决定了钛铝镀层磨损机理。在0.75m/s速度下，摩擦层较为连续，厚度较大，其中含有一定量的氧化物，具有较高的HVoutmost510和增加的ΔHVoutmost113，这种稳定的并含陶瓷性的摩擦层具有一定的保护作用，降低磨损量，此时镀层的磨损机理主要是粘着磨损和氧化磨损；4m/s速度下，摩擦层变得连续、致密，其中含大量的摩擦氧化物，具有更高的HVoutmost772和增加的ΔHVoutmost68，这种稳定的并以陶瓷性为主的摩擦层对基材具有显著的保护作用，降低磨损量，此时镀层的磨损机理是氧化轻微磨损；然而，2.68m/s速度下，略厚的摩擦层不连续、疏松，且层中几乎不含氧化物，具有低的HVoutmost491和降低的ΔHVoutmost101，这种不稳定的金属性摩擦层对基材无保护作用，磨损量最高，镀层的磨损机理是剥层磨损。

目录

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陈伟---大论文盲审稿

第一章 绪 论

1.1 研究目的及意义

1.2 钛合金简介

1.3 钛合金摩擦磨损

1.4 钛合金表面热浸铝技术相关研究

1.5 本文主要研究内容

第二章 实验方法

2.1 实验流程

2.2 实验材料

2.3热浸镀铝及其扩散退火

2.4 磨损实验

2.5硬度测试及微观分析

第三章 热浸铝镀层的退火及微观分析

3.1 热浸铝层的显微结构

3.2 扩散后镀层物相分析

3.3 镀层的截面形貌及EDS分析

3.4 镀层的硬度分布

3.5 本章小结

第四章 钛铝金属间化合物镀层的磨损行为及特征

4.1 钛铝金属间化合物镀层的磨损量及特征

4.2 钛铝金属间化合物镀层与TC4合金耐磨性的比较

4.3 本章小结

第五章 钛铝金属间化合物镀层干滑动过程中摩擦层与磨损机理

5.1 镀层的磨损剖面特征分析

5.2 镀层在滑动中摩擦层的形成、特征及作用

5.3 磨损机理分析

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致 谢

硕士期间发表论文及其它科研成果