表面纳米化/离子氮化复合处理对TC4钛合金微动磨损机制的影响

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由于其优异性能,TC4钛合金被广泛应用于航空航空航天和生物领域。然而,钛合金TC4较低的硬度、耐磨性差和较高的微动敏感性,却又限制了其进一步应用。为了改善其抗微动性能,一些表面处理技术得到了广泛的关注,其中超声冷锻和离子渗氮技术应用广泛。本研究运用表面纳米化(超声冷锻—UCFT)/离子渗氮复合处理技术,选用850℃氮化,UCFT+850℃氮化对TC4钛合金进行表面强化,利用检测设备表征了所制备的钛合金样品。采用SRV-4型微动磨损试验机,探究了经复合处理后TC4钛合金的微动磨损性能,并探讨了微动磨损机理。研究结果为:(1)对TC4钛合金进行渗氮的最佳渗氮温度为850℃,在此温度下TC4钛合金的耐磨性最优。经离子渗氮后TC4的表面形成了硬质氮化物相(δ-Ti N和ε-Ti2N)使得其表面硬度明显提升。随着渗氮温度的升高,氮化物含量增加,因此硬度也随之升高,渗氮层厚度增加。在850℃时,试样的平均摩擦系数及磨损体积最小,耐磨性最优。经离子渗氮后,渗氮层的形成能有效阻碍金属的直接接触,抑制黏着磨损。(2)不同对磨球对复合处理试样的摩擦学性能有重要影响。经氮化和表面纳米化/离子氮化复合处理的TC4钛合金,与不同的对磨球(Si3N4、6061Al、TC4)对磨时的耐磨性均优于未处理试样。且复合处理试样的耐磨性最好,磨损体积约为未处理的1/8(Si3N4)、1/5(TC4)和1/4(6061Al)。对比3种不同的对磨球(Si3N4、TC4和6061Al球),发现对磨球硬度越高磨损体积越大磨损越严重。复合处理和渗氮均有材料转移和氧化反应出现,且复合处理的磨痕最浅。(3)表面纳米化/离子氮化复合处理对TC4钛合金微动磨损性能有重要影响。可以发现与对磨球(Si3N4)对磨时的减摩性均优于未处理试样。然而,对磨球为TC4钛合金时,渗氮和复合处理试样的摩擦系数均高于未处理试样,并没有减摩的效果。对磨球Si3N4和TC4钛合金时,不同处理方式下TC4钛合金的微动磨损机制:在低摩擦载荷下,试样磨痕中心均处于黏着状态,磨痕边缘处于部分滑移区,发生轻微的磨粒磨损及磨痕边缘的磨屑聚集。
摘要第5-6页
abstract第6-7页
第1章 绪论第10-22页
    1.1 微动摩擦学第10-15页
        1.1.1 微动模式第11页
        1.1.2 微动磨损研究现状第11-15页
    1.2 TC4钛合金第15页
    1.3 钛合金表面强化技术第15-19页
        1.3.1 表面纳米化第15-18页
        1.3.2 离子渗氮技术第18-19页
    1.4 论文的研究背景与内容第19-22页
        1.4.1 论文的研究背景及意义第19-20页
        1.4.2 论文的研究内容第20-22页
第2章 实验材料与方法第22-29页
    2.1 实验材料的选择第22-23页
    2.2 表面技术设备第23-25页
        2.2.1 超声冷锻技术第23-24页
        2.2.2 离子渗氮技术第24-25页
    2.3 实验参数选择第25页
        2.3.1 不同渗氮温度实验第25页
        2.3.2 表面纳米化/离子氮化复合处理滑动磨损实验第25页
    2.4 实验分析与表征第25-29页
        2.4.1 表面微观性能表征第25-26页
        2.4.2 材料物相分析第26-27页
        2.4.3 力学性能分析第27页
        2.4.4 微动磨损性能表征第27-29页
第3章 不同温度下离子渗氮后TC4钛合金的摩擦学性能第29-40页
    3.1 不同温度下等离子渗氮后TC4钛合金的微观结构分析第29-34页
        3.1.1 表面形貌第29-32页
        3.1.2 相结构第32页
        3.1.3 力学性能第32-34页
    3.2 摩擦学性能第34-39页
        3.2.1 摩擦系数及磨损体积分析第34-35页
        3.2.2 磨损机理分析第35-39页
    3.3 本章小结第39-40页
第4章 纳米化对TC4钛合金渗氮组织与摩擦学性能的影响第40-54页
    4.1 表面纳米化/离子氮化复合处理后TC4钛合金的微观结构分析第40-42页
        4.1.1 力学性能与截面微观形貌分析第40-41页
        4.1.2 相结构第41-42页
    4.2 摩擦学性能分析第42-52页
        4.2.1 对磨球为Si_3N_4的摩擦学性能分析第42-45页
        4.2.2 对磨球为TC4钛合金的摩擦学性能分析第45-47页
        4.2.3 对磨球为6061Al的摩擦学性能分析第47-49页
        4.2.4 不同对磨副的摩擦学分析第49-52页
    4.3 本章小结第52-54页
第5章 超声冷锻和离子渗氮复合处理对TC4钛合金微动磨损行为的影响第54-61页
    5.1 微动摩擦学性能分析第54-60页
        5.1.1 对磨球为Si_3N_4的微动摩擦学性能分析第54-57页
        5.1.2 对磨球为TC4钛合金的微动摩擦学性能分析第57-60页
    5.2 本章小结第60-61页
第6章 结论与展望第61-63页
    6.1 主要研究结论第61-62页
    6.2 对后续工作的展望第62-63页
致谢第63-64页
参考文献第64-69页
个人简介第69-70页
攻读硕士期间研究成果第70页
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论文编号ABS4353691,这篇论文共70页
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