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PCVD TiN/TiN+Si/TiN多层膜高温微动磨损行为研究

作　者: 何其荣
导　师: 刘捍卫
学　校: 西南交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 微动磨损温度 TiN/TiN+Si/TiN多层膜等离子体增强化学气相沉积(PCVD) 钛合金
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

微动磨损性能差是直接影响钛合金在核电设备和航空发动机中安全使用的主要因素之一,由此引发钛合金在工作过程中发生微动损伤而失效。提高钛合金抗微动磨损性能是人们普遍关注的问题,但因微动过程的复杂性,研究方法各异,并且基本都是研究室温微动磨损,少见高温微动磨损相关文献报道。所以研究高温微动磨损的损伤机理和运行机制有着重要的理论意义和实际价值。利用高精度PLINT型高温微动磨损试验机对等离子体化学气相沉积(PCVD)TiN/TiN+Si/TiN多层膜、等离子体浸没离子注入与沉积(PIII&D)TiN/Ti复合涂层和TiAlZr钛合金基材进行了高温微动磨损试验研究。对多层膜的组织结构和化学成分做了XRD(X-rayDiffraction)、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)分析和能谱仪(EDS)分析。结合光学显微镜(OM)、Ambios XP-2台阶仪、扫描电子显微镜(SEM)和激光共焦扫描显微镜(LCSM)等仪器对磨痕形貌进行观察分析和磨损量测量。重点探讨了PCVD TiN/TiN+Si/TiN多层膜和TIALZR钛合金基材在循环次数、位移幅值、法向载荷、温度等参数下的微动磨损行为,并将PCVD TiN/TiN+Si/TiN多层膜和PIII&D TiN/Ti复合涂层做了微动磨损行为对比研究。取得的研究结果如下:(1)PCVD TiN/TiN+Si/TiN多层膜在不同温度下微动运行均遵从微动图理论。多层膜微动区域由部分滑移区、混合区和滑移区组成。部分滑移区,温度变化对摩擦系数影响不大;滑移区,不同温度下摩擦系数变化趋势不同,200℃时摩擦系数比25℃和400℃时高。磨损量随着温度升高而增大。25℃和200℃时多层膜磨损机制主要为磨粒磨损和剥层,400℃时磨损机制主要表现为剥层和氧化磨损。(2)温度对TiAlZr钛合金基材微动磨损有重要的影响。微动处于部分滑移区时,磨损轻微;处于混合区时,室温和400℃时为粘着磨损与磨粒磨损并存,200℃时以粘着磨损为主;处于滑移区,25℃时以磨粒磨损和剥层机制为主,200℃时以氧化磨损为主,存在剥层和磨粒磨损,400℃时以剥层为主。在室温(25℃)至400℃范围内,微动初期和稳定阶段TiN/TiN+Si/TiN多层膜的摩擦系数比TiAlZr钛合金基体低,磨损体积也比TiAlZr钛合金基体明显降低;TiN/TiN+Si/TiN多层膜可以显著提高TiAlZr钛合金的抗微动磨损性能。(3)在室温(25℃)和高温条件下,PCVD TiN/TiN+Si/TiN多层膜在稳定阶段的摩擦系数都比PIII&D TiN/Ti复合涂层低,多层膜减摩性能比复合涂层好;多层膜磨损量比复合涂层少,表面损伤也比复合涂层轻微。复合涂层磨损机制室温(25℃)时表现为剥层,200℃时表现为磨粒磨损,400℃表现为剥层;多层膜抗高温微动磨损性能比复合涂层优良。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-14
第一章绪论  14-35
  1.1 钛合金的发展状况及最新进展  14-24
    1.1.1 钛合金的发展  14-16
    1.1.2 钛合金的特性和分类  16-17
    1.1.3 钛及其合金的应用  17-21
    1.1.4 钛合金研究最新进展  21-24
  1.2 钛合金表面耐磨技术研究进展  24-30
    1.2.1 钛合金表面耐磨技术现状及改性技术进展  24-28
    1.2.2 等离子体化学气相沉积(PCVD)技术  28-30
  1.3 高温微动摩擦学的研究进展  30-32
    1.3.1 高温损伤机理  31
    1.3.2 高温下钛合金微动磨损的特点及研究进展  31-32
  1.4 论文研究背景及内容  32-35
    1.4.1 研究背景  32-34
    1.4.2 本论文研究的主要内容  34-35
第二章实验和分析方法  35-41
  2.1 试验材料  35-36
    2.1.1 平面试样  35
    2.1.2 对磨球试样  35-36
  2.2 微动磨损试验  36-37
    2.2.1 试验设备  36-37
    2.2.2 试验参数  37
  2.3 分析测试方法  37-41
    2.3.1 X射线衍射分析  37-38
    2.3.2 X光电子能谱分析  38
    2.3.3 显微硬度测定  38-39
    2.3.4 结合强度的测定  39-40
    2.3.5 表面形貌分析  40
    2.3.6 磨斑轮廓分析及磨损量测定  40-41
第三章 PCVD TiN/TiN+Si/TiN多层膜微动磨损特性  41-60
  3.1 运行工况微动图  41-49
    3.1.1 室温运行工况微动图  41-43
    3.1.2 室温时摩擦系数随循环次数变化  43-45
    3.1.3 高温运行工况微动图  45-47
    3.1.4 高温时摩擦系数随循环次数变化  47-49
  3.2 位移幅值对微动磨损的影响  49-50
  3.3 法向载荷对微动磨损的影响  50-52
  3.4 温度对微动磨损的影响  52-55
    3.4.1 摩擦系数  52-54
    3.4.2 磨损量  54-55
  3.5 微动磨损机理探讨  55-58
  3.6 小结  58-60
第四章 PCVD TiN/TiN+Si/TiN多层膜与TiAlZr钛合金微动摩擦特性比较  60-74
  4.1 温度对TiAlZr钛合金基材的影响  60-65
    4.1.1 摩擦系数  60-61
    4.1.2 磨损量  61-62
    4.1.3 磨痕形貌  62-65
  4.2 对比分析  65-74
    4.2.1 摩擦系数变化比较  65-67
    4.2.2 磨损量比较  67-69
    4.2.3 磨痕形貌比较分析  69-72
    4.2.4 小结  72-74
第五章 PCVD TiN/TiN+Si/TiN多层膜与PⅢ&D TiN/Ti复合涂层微动摩擦特性比较  74-82
  5.1 摩擦系数变化比较  74-77
  5.2 磨损量  77-79
  5.3 磨痕形貌分析  79-81
  5.4 小结  81-82
结论  82-83
致谢  83-84
参考文献  84-90
攻读硕士学位期间发表的论文  90

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