钛合金TC11等离子表面渗Mo的摩擦磨损性能

摘要

TC11合金是我国自主开发的一种钛合金，具有良好的高温强度、耐腐蚀性、热稳定性和抗蠕变性能，可以在500℃下长期工作。但是TC11合金的导热系数小，摩擦系数大，极大地影响了钛合金结构的安全性。本文采用等离子表面冶金的方法对钛合金TC11表面进行渗Mo处理，从而解决TC11存在的耐磨性不足的缺陷，克服其在应用中存在的局限性。
　　本课题的主要研究内容：(1)研究渗Mo工艺参数对渗层厚度及渗层各项性能的影响规律，得出最佳工艺；(2)通过OM，SEM，EDS，XRD对渗Mo层的形貌，组织成分以及相组成等进行分析；(3)通过划痕试验和显微硬度的测定，对渗层与基体进行纳米压痕测试，分析渗Mo层的基本力学性能；(4)在不同载荷、不同温度、不同速度和不同摩擦副条件下对基体与渗层进行球盘磨损试验，计算其磨损率，分析摩擦磨损行为及机理。
　　通过对各工艺下渗层性能综合分析，得出最佳工艺参数如下：源极电压950V；阴极电压450V；极间距15mm；温度950℃；工作气压40Pa；时间3h。渗Mo层表面均匀致密，由沉积层和扩散层组成，厚度为30μm。表面的Mo含量为65％，然后由表及里呈梯度降低。沉积层与基体结合力为70N。渗层表面显微硬度达1034HV0.1。渗层主要由固溶态Mo以及Al8(Ti3-xMox)(0＜x＜3)和Al3Ti等化合物组成。
　　TC11经过等离子表面渗Mo改性后，各种因素下耐磨性能较基体都有了很大提高，试验结果显示：在载荷330g的不同速度因素条件下，改性层在5-10m/min为轻微磨损，10-20m/min时属于严重磨损，而基体在5-15m/min为轻微磨损，15-20m/min为严重磨损。不同载荷条件下，渗层在各速度下都为稳定磨损，基体在10m/min与15m/min时存在线性变化的稳定磨损，而5m/min与20m/min时存在轻微磨损与严重磨损两个阶段。不同温度条件下存在着不同的磨损机制，但基体的磨损率要远大于渗层，基体磨损率的最大值出现在200℃，而渗层的拐点为300℃；不同的摩擦副决定着不同的摩擦机制和磨损率，摩擦副为Si3N4时磨损率较大，渗层与基体的磨损率分别是摩擦副为GCr15的1.6倍和1.26倍。

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图表清单

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 钛合金材料的新进展

1.3钛合金的应用

1.4 钛合金存在的问题

1.5 钛合金的表面处理技术

1.6 等离子表面冶金技术

1.7 课题的研究内容

1.8 可行性分析

第二章 TC11合金等离子渗Mo工艺研究

2.1 引言

2.2 TC11等离子渗Mo试验的条件和方法

2.3 TC11等离子渗Mo工艺的优化

2.4 本章小结

第三章 渗Mo层的组织结构及力学性能分析

3.1 引言

3.2 渗Mo层组织形貌与成分分布

3.3 渗Mo改性层的相结构分析

3.4 渗Mo改性层显微硬度测试

3.5 渗Mo改性层结合力测试

3.6 纳米压痕试验

3.7 本章小结

第四章 TC11渗Mo层的摩擦磨损性能

4.1 引言

4.2试验条件与试验原理

4.3 速度因素对摩擦磨损行为的影响

4.4 载荷因素对摩擦磨损行为的影响

4.5 温度对摩擦磨损行为的影响

4.6 摩擦副对摩擦磨损性能的影响

4.7 速度—载荷综合磨损图

4.8 本章小结

第五章 结 论

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文