三阴极离子渗镀技术及其在纯钛及钛合金上形成金属碳化物的研究

摘要

钛及钛合金以其密度低、熔点高、强度高和耐蚀性好而成为航空、航天、火箭、导弹、舰艇以及能源化工等工业部门的重要材料.然而,其耐磨性能不足是亟待解决的关键问题之一.该研究是在双层辉光离子渗金属技术的基础上,以解决飞机涡论发动机钛合金叶片减振凸台阻尼面耐磨性问题,而发展了一种新的三阴极离子渗镀表面技术.该技术已成功地在钛及钛合金表面形成硬度较高且结合力较强的金属碳化物表面合金层.该技术的工作原理是,在双辉技术已有的两个阴极之间,再增加一个孔隙化空腔阴极而形成三阴极离子渗镀系统.从空腔阴极孔隙处发出的等离子气氛,直接奔向并作用于待渗镀表面,进而形成渗镀合金层.用固态石墨制做的空腔阴极靶提供渗镀所需的无氢碳气氛,另一个阴极靶提供金属元素,使等离子体中同时含有形成金属碳化物所需的成分,从而在钛材表面进行无氢渗镀形成金属碳化物.渗镀金属元素选用W和Mo,所形成的碳化物具有高的硬度和耐磨性.三阴极离子渗镀系统工作时,从空腔阴极孔隙处发出的等离子体中,除了可含有多种渗镀元素的点状等离子体的基本特点外,还呈现出

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第一章绪论

1.1材料表面技术

1.1.1概述

1.1.2发展现状

1.1.3未来发展方向

1.2渗镀及渗金属

1.2.1渗镀技术及其应用

1.2.2渗镀理论

1.2.3等离子渗金属

1.3双层辉光离子渗金属技术(Xu-Tec)概述

1.3.1基本原理

1.3.2工艺研究

1.3.3机理及理论研究

1.3.4双辉技术的优点

1.4航空发动机钛合金TC4(Ti6A14V)涡轮叶片表面处理及存在的问题

1.4.1叶片的磨损失效及耐磨涂层

1.4.2等离子喷涂

1.4.3激光涂层

1.4.4物理气相沉积法(PVD)

1.4.5存在的主要问题及解决方法

1.5本课题的提出、目的和意义

1.6本课题的主要研究内容

第二章试验方法的基本思路及基础

2.1等离子源的选择

2.2 Plume研究应用现状

2.3利用Plume实现无氢形成金属碳化物渗镀的可行性

第三章三阴极离子渗镀技术

3.1三阴极离子渗镀技术的设备装置、工作原理和基本特征

3.2三阴极阴极特征结构及参数

3.3三阴极系统的机械扫描工作方式、电压工作模式及阴极材料

3.4三阴极离子渗镀方法原理性验证实验及“烧孔效应”和“Hope效应”

3.5三阴极特性试验

第四章渗镀试验材料及试验方法

4.1试验材料

4.2三阴极渗具布置

4.3实验设备及操作过程

4.4渗镀工艺试验方案和思路

4.4.1渗镀类型

4.4.2渗镀工艺参数选择范围

4.4.3温度和时间交叉试验方案

4.4.4渗镀试样分析

第五章三阴极离子渗镀技术在TA2钛和TC4钛合金无氢渗碳及C、W、Mo多元共渗镀工艺基础性试验及其研究

5.1三阴极离子渗镀方法无氢渗碳

5.1.1三阴极离子渗镀方法在纯铁、20钢基材上的无氢渗碳

5.1.2三阴极离子渗镀方法在TA2钛无氢渗碳

5.1.3三阴极离子渗镀方法在TC4钛合金的无氢渗碳

5.1.4三阴极离子无氢渗碳基本特点

5.2三阴极离子渗镀方法在TA2钛及TC4钛合金的无氢Mo-C共渗

5.2.1 TA2钛的无氢Mo-C共渗

5.2.2 TC4钛合金(Ti6A14V)的Mo-C共渗

5.2.3小结

5.3三阴极离子渗镀方法在TA2钛及TC4钛合金的无氢W-C共碳

5.3.1 TA2钛的无氢W-C共渗

5.3.2 TC4钛合金(Ti6A14V)的无氢W-C共渗

5.3.3小结

5.4三阴极离子渗镀方法在TA2钛及TC4钛合金的无氢式W-Mo-C共渗

5.4.1 TA2钛的无氢W-Mo-C共渗

5.4.2 TC4钛合金(Ti6A14V)的无氢W-Mo-C共渗

5.4.3小结

5.5关于三阴极离子渗镀技术应用问题的研究及探讨

5.5.1三阴极离子渗镀技术应用型三阴极基本结构

5.5.2三阴极离子渗镀方法制做阳极材料的试验应用例子

第六章非原子机理难熔金属碳化物合金层形成及扩散模型探论

6.1碳与难熔金属及其表面相互作用的基本特点

6.2等离子与表面相互作用的基本特点

6.3难熔金属碳化物合金层形成模型探讨

6.3.1形成阶段

6.3.2稳态生长阶段

6.3.3冷却阶段

第七章总结论

博士期间发表的相关论文及成果

本研究的创新性说明

致谢

参考文献