学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

Ti6Al4V合金表面等离子Ti-Ni/Ni合金化工艺及摩擦磨损性能研究

作　者: 王英芹
导　师: 贺志勇；王振霞
学　校: 太原理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 等离子合金化技术 Ti6A14V合金 TiNi合金摩擦磨损行为腐蚀磨损极化曲线
分类号: TG115.58
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 53次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

钛及其合金具有质轻,比强度高、杨氏模量低、使用温度宽、耐蚀性能好、综合性能优异等诸多特性,被誉为“全能金属”,是非常具有发展前景的新型结构材料。因而在航空航天、军品、生物医学、汽车、化工等许多行业中广泛应用。然而因钛合金导热性差、硬度低和摩擦时易发热粘着、耐磨性差等特性,限制了钛合金的应用。近年来,TiNi合金因具有良好的韧性、独特的超弹性及优良的综合性能,受到广泛的关注。TiNi合金硬度与钛合金相当,且耐磨性能优良,这是因为其具有独特伪弹性变形机制。本研究以应用较广泛的Ti6Al4V合金为代表,利用等离子表面合金化技术,结合硬度适中、具有独特伪弹性变形机制且耐磨性优良的TiNi合金,提出了在Ti6A14V合金表面制备类似的TiNi合金层以改善磨损性能的方法。本课题研究了Ti6A14V合金表面等离子Ti-Ni共渗和渗Ni的工艺及典型工艺的渗层成分、组织、相结构和硬度。采用球-盘磨损实验对比分析了典型工艺下Ti-Ni、Ni合金化试样与基体试样在GCrl 5球和Si3N4球两种配副下的摩擦学行为。选取Ni合金化试样为代表,分析了不同载荷和不同转速的摩擦条件对Ni合金层磨损性能的影响。用改造后的球-盘磨损试验机对比分析了Ni合金化试样和基体在3.5%NaCl溶液、5%HCl溶液、蒸馏水和干燥空气等环境中的腐蚀磨损情况。采用电化学腐蚀方法研究了Ni合金化试样和基体在3.5%NaCl、5%HCl、5%H2SO4溶液中的腐蚀性能。通过实验结果分析得出下列结论：1.Ti6A14V合金表面等离子Ti-Ni、Ni合金化典型工艺为：极间距18mm,保温温度900℃,工作气压35Pa/45Pa,保温时间3h,源极与阴极压差250V～300V/350V～450V。2.典型工艺下制备的Ti-Ni、Ni合金化层表面Ni含量达16.58at%和94.62at%,渗层厚约18.69μm和59.24μm,表面硬度高达625HV和677HV。合金化层成分均呈梯度变化,组织均匀、致密,基体组织为细小的等轴晶。XRD分析知合金化层均由Ti2Ni,TiNi,Ti等相组成。3.Ti-Ni合金化试样与GCr15球对磨时,摩擦系数较基体高,磨痕宽度较基体小；与Si3N4球对磨时,摩擦系数和磨损率均比基体的小。Ni合金化试样与GCrl 5球对磨时,摩擦系数比基体高,磨损量却相当低；与Si3N4球对磨时,摩擦系数略高于基体,而磨损率低于基体。因而,合金化后试样磨损性能得到了提高。4.合金化试样在不同载荷条件下,随着载荷的增加,摩擦系数基本接近,磨损率逐渐增大。在不同转速条件下,随着速度的增加,磨损情况存在较佳值。5.腐蚀磨损过程中,Ni合金化试样在3.5%NaCl溶液、5%HCl溶液、蒸馏水和干燥空气等四种介质环境中磨损性能较基体得到了提高。Ni合金化试样磨损形式表现为粘着磨损,而基体主要为磨粒磨损。6.在三种腐蚀液即3.5%NaCl、5%HCl、5%H2SO4溶液中的电化学极化曲线分析得知,Ni合金化试样耐腐蚀性能较基体有所降低,这可能与合金化层表面状况及电化学过程中镍离子的析出有关。

全文目录

摘要  3-6
ABSTRACT  6-13
第一章文献综述  13-29
  1.1 双层辉光等离子合金化技术概述  13-18
    1.1.1 等离子合金化的物理基础  13-15
    1.1.2 双层辉光等离子合金化技术基本原理  15-16
    1.1.3 双层辉光等离子合金化技术特点  16
    1.1.4 双层辉光等离子合金化技术发展状况  16-18
  1.2 钛与钛合金  18-24
    1.2.1 钛合金的分类及制备工艺  18-20
    1.2.2 钛合金的一般特性  20-22
    1.2.3 钛合金的应用  22-24
  1.3 钛合金表面磨损性能改善方法  24-26
    1.3.1 热喷涂(thermal spraying)  24
    1.3.2 化学热处(thermo-chemical treatment)  24-25
    1.3.3 离子注入(ion implantation)  25
    1.3.4 激光表面合金化(laser surface alloying)  25
    1.3.5 薄膜技术(thin-film technologies)  25-26
  1.4 研究课题的提出  26-29
    1.4.1 课题的可行性分析  26-27
    1.4.2 课题的主要研究内容  27-29
第二章 Ti6Al4V合金表面等离子Ti-Ni、Ni合金化工艺参数研究  29-36
  2.1 实验材料、设备及实验过程  29-31
    2.1.1 实验材料及设备  29-30
    2.1.2 实验过程  30-31
  2.2 工艺参数优化  31-36
    2.2.1 合金化工艺参数设置  31
    2.2.2 保温温度对渗层的影响  31-33
    2.2.3 工作气压对渗层的影响  33-34
    2.2.4 源极与阴极电压及压差对渗层的影响  34-35
    2.2.5 小结  35-36
第三章 Ti-Ni、Ni合金化层成分、组织、物相结构及硬度分析  36-43
  3.1 检测方法  36-37
  3.2 典型工艺下Ti-Ni合金化层成分、组织、物相结构及硬度分析  37-39
    3.2.1 Ti-Ni合金化层成分分析  37
    3.2.2 Ti-Ni合金化层组织及物相结构分析  37-39
    3.2.3 Ti-Ni合金化层硬度分析  39
  3.3 典型工艺下Ni合金化层成分、组织、物相结构及硬度分析  39-41
    3.3.1 Ni合金化层成分分析  39-40
    3.3.2 Ni合金化层组织及物相结构分析  40-41
    3.3.3 Ni合金化层硬度分析  41
  3.4 小结  41-43
第四章合金化层滑动干摩擦磨损性能研究  43-58
  4.1 前言  43
  4.2 实验材料及设备  43-44
    4.2.1 实验材料  43-44
    4.2.2 实验设备  44
  4.3 Ti-Ni合金化层滑动干摩擦磨损实验结果与分析  44-49
    4.3.1 摩擦系数  45-46
    4.3.2 磨痕形貌  46-48
    4.3.3 比磨损率  48-49
    4.3.4 实验结果对比分析  49
  4.4 Ni合金化层滑动干摩擦磨损实验结果与分析  49-56
    4.4.1 不同配副对Ni合金化层滑动干摩擦磨损性能影响  50-52
    4.4.2 不同载荷对Ni合金化层滑动干摩擦磨损性能影响  52-54
    4.4.3 不同速度对Ni合金化层滑动干摩擦磨损性能影响  54-56
  4.5 小结  56-58
第五章 Ni合金化层腐蚀磨损性能研究  58-66
  5.1 前言  58-59
    5.1.1 腐蚀磨损简介  58
    5.1.2 钛合金的腐蚀磨损  58-59
    5.1.3 本章研究内容  59
  5.2 实验材料及方法设备  59-60
  5.3 Ni合金化层腐蚀磨损结果分析  60-65
    5.3.1 摩擦系数  60-62
    5.3.2 磨痕形貌  62-64
    5.3.3 配副球磨痕形貌  64-65
  5.4 小结  65-66
第六章 Ni合金化层电化学性能研究  66-71
  6.1 前言  66
  6.2 实验材料及设备方法  66-67
  6.3 实验结果与分析  67-70
    6.3.1 在3.5%NaCl溶液中  67-68
    6.3.2 在5%HCl溶液中  68
    6.3.3 在5%H_2SO_4溶液中  68-69
    6.3.4 分析  69-70
  6.4 小结  70-71
第七章结论  71-72
参考文献  72-77
致谢  77-78
攻读硕士期间发表的论文  78

Ti6Al4V合金表面等离子Ti-Ni/Ni合金化工艺及摩擦磨损性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文