TC4钛合金喷丸处理及涂层的微动磨损特性

摘要

钛合金因其具有较好的综合性能被广泛用于航空航天结构中，但是由于其抗微动性能较差，在服役过程中钛合金构件易发生微动损伤，导致其使用寿命下降。因此通过表面改性技术来提高其抗微动性能显得尤为重要。本文以喷丸处理为主要处理手段，研究了以下三个方面的内容:(1) TC4钛合金喷丸表面的微动磨损特性研究;(2)不同喷丸强度对TC4钛合金微动磨损特性影响;(3)完全滑移状态下未喷丸、喷丸、喷丸+CuNiIn涂层等三种状态TC4钛合金的微动磨损行为。研究结果表明:
　　喷丸强度0.3 mmA，覆盖率200％时，其运行工况微动图发生变化。位移幅值为50μm时，微动处于混合滑移状态，二体接触与三体接触均存在，位移幅值为100μm、150μm时，微动处于完全滑移状态，有大量磨屑产生，接触方式为三体接触，局部区域压实。法向载荷、磨损频率对微动状态的影响较小。
　　随着位移幅值的增加，微动状态由混合滑移向完全滑移转变，磨损体积也随之增加;法向载荷的增加，赫兹接触面积增大，导致磨损面积增大，磨损体积也随之增加;随着频率的增加，磨屑在空气中氧化时间增加，硬质氧化物颗粒减少，磨屑易于聚集压实，磨损体积减小。
　　微动处于完全滑移状态下，摩擦系数的变化过程整体上可以分成三个阶段:(1)微动初期表面膜破裂，金属间发生直接接触，二体接触处于主导地位，由于接触表面的粘着和塑性变形，摩擦系数迅速上升;(2)较多磨屑的形成，二体接触向三体接触转变，摩擦系数波动较大;(3)磨屑的产生和溢出达到平衡，微动处于相对稳定的状态，摩擦系数变化较小。混合滑移状态下，在微动后期依然有二体接触存在，所以后期的摩擦系数依然不稳定。随载荷的增加，Ar/N减小，摩擦系数相对减小。
　　喷丸强度为0.5 mmA时，由于粗糙度和表面脆性的提高，喷丸试样处于完全滑移状态;不同喷丸强度以及不同的磨损状态下，磨痕中心区域的氧化程度均高于边缘区域，压实区的氧化程度高于磨屑堆积区域;在相同实验参数下，0.5 mmA的试样的磨损体积总是大于0.3 mmA的试样。
　　未经喷丸处理TC4钛合金，没有完全形成第三体层，依然存在二体接触区;喷丸试样、喷丸+涂层试样形成了第三体层，微动磨损处于稳定状态;微动过程中，随着磨屑碎化，氧含量增加，磨损中心区域磨损程度高于边缘区;相对未处理试样，喷丸处理后微动磨损体积略有增大，干喷+CuNiIn涂层处理后磨损体积减小。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 微动摩擦学的概述

1．1．1 微动的定义

1．1．2 微动的损伤

1．1．3 微动的分类

1．1．4 微动的影响因素

1．1．5 微动磨损的主要理论

1．2 钛合金及其表面改性研究进展

1．2．1 钛合金概述

1．2．2 钛合金的微动磨损

1．2．3 钛合金的表面改性技术

1．3 课题的研究内容及意义

1．3．1 钛合金表面改性微动磨损研究的意义

1．3．2 研究内容

2 实验材料及方法

2．1 实验材料

2．2 实验技术路线

2．3 实验方法

2．3．1 喷丸处理

2．3．2 喷涂处理

2．3．3 微动磨损

2．3．4 磨痕分析

3 喷丸处理钛合金的微动磨损特性

3．1 微动接触力学分析

3．2 微动磨痕形貌分析

3．2．1 位移幅值

3．2．2 法向载荷

3．2．3 磨损频率

3．3 微动摩擦系数分析

3．3．1 位移幅值

3．3．2 法向载荷

3．3．3 磨损频率

3．4 磨损体积分析

3．5 本章小结

4 喷丸处理对钛合金微动磨损的影响

4．1 喷丸处理TC4钛合金的表面特性

4．1．1 表面粗糙度

4．1．2 显微硬度

4．3 微动磨痕形貌的特征

4．4 微动磨损体积的特征

4．5 本章小结

5 喷丸和涂层复合处理对微动磨损的影响

5．1 喷丸+涂层复合处理

5．2 微动磨痕形貌

5．3 EDS分析

5．4 微动磨损体积

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢