Ti6Al4V表面激光改性层重熔处理的微观组织特征及宽温域摩擦学性能研究

采用激光复合工程技术对Ti6Al4V基体表面进行强化耐磨处理,首先在Ti6Al4V合金表面进行激光氮化[Ti(N)]和氮氧化[Ti(N,O)]处理,然后在纯氩气气氛中分别对Ti(N)层和Ti(N,O)层进行激光重熔处理,制备了组织分布更为均匀的重熔氮化层[Re-Ti(N)]和重熔氮氧化层[Re-Ti(N,O)]. 组织结构分析揭示了Re-Ti(N)层主要由富氮αˊ-Ti和TiN_x组成,而Re-Ti(N,O)层则主要由富氧αˊ-Ti和TiN_xO_y组成. 相对于Ti6Al4V基体,Re-Ti(N)层和Re-Ti(N,O)层的硬度、弹性模量和磨损量降低了2倍以上,然而激光复合处理前后材料均表现出较大的摩擦系数. 相对于Re-Ti(N)层,氧原子的加入,不仅能够有效细化组织和提升强韧度,而且显著抑制了摩擦界面的黏着磨损. 通过磨屑结构分析进一步验证了基体黏着磨损机制和重熔改性层磨粒磨损机制.      

摩擦-电化学噪声法研究Mo改性钛合金的腐蚀-磨损行为

利用等离子表面改性技术在Ti6Al4V合金基体上制备Mo渗镀复合改性层,考察改性层组织结构,利用微动摩擦学试验机并结合电化学噪声技术对比研究基材及改性层在0.5 mol/L NaCl溶液中的腐蚀-微动摩擦学行为,对腐蚀-摩擦过程中的噪声参数进行分析.结果表明:纯Mo改性层能够明显改善钛合金的耐磨和减摩特性;同时提高了合金在0.5 mol/L NaCl溶液中的自腐蚀电位及降低了腐蚀电流,改善了合金表面的腐蚀-摩擦学性能.     

钛合金表面Ti-Al合金扩散层的摩擦性能研究

利用双层辉光离子渗金属技术,以纯铝作为源极,氩气为工作气体,利用不等电位空心阴极效应在钛合金(Ti6Al4V)表面渗铝,形成均匀致密的钛铝合金扩散层,采用WTM-1型球-盘摩擦磨损试验机对钛合金表面钛铝合金扩散层的摩擦性能进行研究,用显微硬度仪测量渗层的显微硬度,并用扫描电子显微镜和X射线衍射仪观察分析钛铝合金扩散层的截面形貌和相结构.结果表明:在Ti6Al4V合金基材表面形成厚20 μm的钛铝合金扩散层,其表面显微硬度达810HV;钛铝合金扩散层主要由金属间化合物Ti3Al和TiAl组成;钛铝合金扩散层可以显著提高钛合金表面的摩擦性能,摩擦系数从0.35左右降至0.15,抗磨损性能大幅提高.     

钛合金表面加弧辉光离子无氢渗碳层的摩擦磨损性能研究

利用加弧辉光离子无氢渗碳技术对Ti6Al4V合金表面进行渗碳处理;用球-盘摩擦磨损试验机考察了渗碳改性层的摩擦磨损性能.结果表明:Ti6Al4V合金表面经离子无氢渗碳处理后形成的表面改性层均匀;改性层的显微硬度同Ti6Al4V合金相比大幅提高,达到936HV;渗碳后的试样在干摩擦滑动距离较小的情况下表现出良好的减摩作用,耐磨性能也显著增强.     

铌钛碳氮析出物对硬面合金耐高温磨损行为的影响

本文采用氮代替部分碳,通过铌、钛固氮形成氮合金化硬面合金,进行了耐高温磨损性能试验,研究了铌钛碳氮析出物对硬面合金耐高温磨损行为的影响.结果表明:在高温磨损过程中,MX(M为Nb、Ti;X为C、N)复合碳氮化物沿马氏体基体和晶界弥散析出,起到沉淀强化的作用,提高了硬面合金的高温硬度和抗裂性能,增强硬面合金的耐高温磨损性能,其磨损特征表现为磨损表面磨粒导致的窄浅犁沟.     

7075铝合金扭转复合微动磨损研究

基于低速往复回转系统,通过改变回转系统旋转轴的倾斜角α,成功实现了球/平面接触状态下扭动微动和转动微动的复合,并研究了7075铝合金/GCr15钢球在倾斜角10°和40°及不同角位移幅值下的扭转复合微动行为.在动力学分析基础上,结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDX)、表面轮廓仪等手段分析了扭转复合微动运行行为及损伤机理.结果表明:7075铝合金的扭转复合微动的运行和损伤行为强烈依赖于倾斜角和角位移幅值;随着倾斜角的增加,扭动微动分量减少,转动微动分量增加,复合微动的混合区和滑移区向小角位移方向移动,损伤形貌的非对称性增加,同时磨损机制从剥层和氧化磨损逐渐转变为磨粒磨损和氧化磨损.     

氮离子注入对9Cr18Mo钢抗微动磨损性能的影响

作者对9Cr18Mo钢的氮离子注入试样及未注入试样进行了微动磨损的对比试验,利用扫描电子显微镜对磨损表面的形貌进行了观察,利用俄歇电子能谱仪和微区X-射线衍射仪对氮离子注入试样表面与磨损表面的元素分布及相组成进行了分析。结果表明,氮离子注入不仅能使材料的抗微动磨损性能明显提高,而且还可以使材料的微动磨损机制发生改变。作者认为,在氮离子注入层内形成了氮化物相,氮化物相的析出有助于改善9Cr18Mo钢的抗微动磨损性能。     

氮离子注入硅表面的力学性能及其微摩擦磨损行为研究

以单晶硅作为研究对象,选用离子注入剂量分别为5 ×1014 ions/cm2、6 ×1015ions/cm2和1 ×1017ions/cm2,注入能量为110 keV的氮离子注入单晶硅片,利用原位纳米力学测试系统对氮离子注入前后单晶硅片的硬度和弹性模量进行测定,在UMT-2型微摩擦磨损试验机上对氮离子注入前后单晶硅片的往复滑动微摩擦磨损性能进行研究.结果表明,氮离子注入后单晶硅片的纳米硬度和弹性模量减小,且注入剂量越大,其降低越明显.氮离子注入后单晶硅片的减摩性能提高,其摩擦系数大幅度降低,在载荷达到一定值后,氮离子注入层被迅速磨穿,摩擦系数迅速增加并产生磨痕.其磨损机制在小载荷下以粘着磨损为主,在大载荷下以材料的微疲劳和微断裂为主.     

Ti-46Al-2Cr-2Nb和Ti6Al4V合金的干摩擦学性能对比研究

本文以商业Ti-6Al-4V合金为参照,考察了Ti-46Al-2Cr-2Nb(原子比)金属间化合物在不同载荷和速率下的干摩擦学行为,结果表明:Ti-46Al-2Cr-2Nb和Ti6Al4V合金的摩擦系数几乎相同,而Ti-46Al-2Cr-2Nb金属间化合物比Ti-6Al-4V具有更好的抗磨性;Ti-46Al-2Cr-2Nb和Ti6Al4V合金的磨损率均随载荷的增加而增加,Ti-46Al-2Cr-2Nb合金磨损率随滑动速率增加而增加,Ti-6Al-4V合金磨损率却随滑动速率增加呈下降直至稳定的趋势;Ti-46Al-2Cr-2Nb合金的磨损机制主要为疲劳磨损,Ti-6Al-4V合金的磨损机制为塑性变形,犁沟和剥落.     

环氧树脂表面金属离子注入改性层的摩擦学性能研究

以 3种剂量 (2× 10 1 5 ions/cm2 、1× 10 1 6 ions/cm2 及 1× 10 1 7ions/cm2 )分别对环氧树脂进行 Al、Ti和 Fe离子注入处理 ,采用 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机考察了注入改性层的摩擦学性能 ,采用傅立叶变换红外光谱仪分析离子注入前后环氧树脂表面基团及其键合方式 .结果表明 :3种金属离子注入处理后环氧树脂的耐磨性均显著提高 ,摩擦系数降低 ;其中 Al离子注入处理的摩擦学改性效果最好 ;对应于环氧树脂最小磨损体积损失的不同金属离子的注入剂量亦不同 .红外光谱分析结果表明 :经 Al离子注入后 ,环氧树脂表面保持微量的吸附水 ;同时其表面发生了脱氢及氧化等作用 ,形成了新的化学基团 ,且其立体网状交联程度提高 ,这使得离子注入处理后环氧树脂的减摩耐磨性能得以明显改善 .     

经不同表面改性处理的钛合金的微动疲劳和微动磨损行为对比研究

对比研究了钛合金微动疲劳(FF)和微动磨损(FW)失效行为,考察了表面喷丸强化和氮化等表面处理对钛合金微动疲劳和微动磨损性能的影响,探讨了钛合金微动磨损和微动疲劳性能的相关性.结果表明,钛合金微动疲劳和微动磨损损伤表面形貌特征相似;当微动位移幅较大、微动区发生整体滑动时,微动接触区磨损有利于延缓微动疲劳裂纹萌生;而在小位移幅、部分滑移情况下,局部磨损促进微动疲劳裂纹萌生.利用喷丸强化在钛合金表面引入残余压应力,可以在降低摩擦系数的同时,提高钛合金抗微动疲劳和微动磨损失效的能力;氮化处理后钛合金表面硬度提高,有利于改善其微动磨损性能,但表面韧性降低导致抗微动疲劳能力降低.因此,在提高表面硬度的同时,不应忽视表层韧性的降低对钛合金微动疲劳性能的不利影响.     

加弧辉光离子渗NiCr与喷丸强化复合处理对钛合金微动疲劳性能的影响研究

研究了钛合金表面加弧辉光离子渗NiCr层的相组合和分布,对NiCr渗 层进行喷丸形变强化后处理,以协同提高钛合金耐微动疲劳性能。研究结果表明：利用加弧辉光离子渗技术可以获得由Ni3Ti金属间化合物等组成的渗镀复合层,从而提高钛合金的表面硬度和耐磨性能;NiCr渗层的耐磨性能与喷丸强化引入的表面残余压应力协同作用,使钛合金经加弧辉光离子渗NiCr和喷丸形变强化复合处理后的耐微动疲劳性能较单一喷丸强化处理更好。     

Ag/Ni多层膜对钛合金微动磨损和微动疲劳抗力的影响

为了有效提高钛合金耐微动磨损和抗微动疲劳性能,且避免银脆隐患,在Ti811钛合金表面利用离子辅助磁控溅射沉积技术制备了不同调制周期的Ag/Ni金属多层膜,测试了多层膜的结构、结合强度、显微硬度和韧性,研究了不同调制周期的Ag/Ni多层膜对钛合金基材微动磨损和微动疲劳抗力的影响,并与纯Ag膜和纯Ni膜进行了对比.结果表明:离子辅助磁控溅射技术可以制备出致密度高、晶粒细致、结合强度高的Ag/Ni多层膜,多层膜的硬度随多层膜调制周期的减小而提高,调制周期小于100 nm时呈现明显的超硬度现象.Ag/Ni多层膜具有良好的减摩润滑作用和抗疲劳性能,能够显著改善Ti811钛合金耐微动磨损和抗微动疲劳性能,改善效果随多层膜调质周期降低而增大.     

钛合金与钴铬钼切向微动磨损行为研究

本文中以Ti6Al4V与CoCrMo合金为研究对象,在不同介质中开展了球/面切向微动磨损的试验研究,结合多种微观分析手段,揭示了不同条件下钛合金与钴铬钼间切向微动运行特性和损伤机理.结果表明：钛合金球与钴铬钼平面间的切向微动主要运行于部分滑移区和混合区.随着微动振幅的增加,F_t-D曲线从直线型向椭圆型转变,其中振幅较大时微动末期F_t-D曲线呈平行四边型.在部分滑移区,摩擦系数较小且保持不变,磨痕表面磨损轻微.在混合区,摩擦系数的变化因振幅的不同各存在两种情况.在振幅较小的混合区,磨斑边缘有磨屑堆积,中心以黏着为主.在振幅较大的混合区,磨痕表面以磨粒磨损为主.     

两种压铸镁合金的微动磨损行为研究

采用液压高精度材料试验机考察了压铸镁合金AZ91D和AM60B在平面-球面接触条件下的微动磨损行为,研究了循环次数、位移幅值、法向载荷和频率等参数对镁合金摩擦磨损性能的影响,分析了其磨斑表面和磨屑的微观形貌,并探讨了其微动磨损机理.结果表明:镁合金AZ91D和AM60B的摩擦系数随着法向载荷的增加而减小,磨损体积损失随频率增加而减小;AZ91D镁合金的抗微动损伤能力优于AM60B镁合金,二者的微动磨损机理相似,其主要磨损形式包括粘着磨损、表面疲劳(脱层)磨损、磨粒磨损以及明显的氧化磨损.     

表面改性技术在微动摩擦学领域中的应用

对近年来国内外在采用表面改性技术改善材料的抗微动损伤性能方面的研究和进展作了简要的综述。分析了各种表面改性层在微动摩擦学中的应用和作用机制。指出采用多种表面改性手段，如表面机械强化，表面化学处理及表面涂覆等可不同程度地提高材料的抗微动损伤性能，延长零件的服役寿命。     

不同管径氧化钛纳米管层的微动磨损性能

利用阳极氧化法在纯钛表面制备了3组平均内径不同的TiO2纳米管层试样,用扫描电子显微镜、硬度仪和轮廓仪对试样表面形貌、显微硬度、纳米硬度和粗糙度进行测试.在大气环境里,以球/平面接触方式,对摩偶件为超高分子聚乙烯球,采用PLINT高精度液压伺服式微动磨损试验机,分别在4种法向载荷下,对试样进行微动磨损试验.结果表明:随法向载荷的增加,同一摩擦副的摩擦系数降低;TiO2纳米管层的存在降低了钛与UHMWPE之间的摩擦系数,在不同载荷下纳米管层表面的摩擦系数均随管径的增大而增大,但低于无纳米管层的对照组;与UHMWPE对摩,TiO2纳米管层有很好的承载、抗剥离和耐磨性能;摩擦副的主要磨损机理为磨粒磨损、UHMWPE塑变导致的表层材料损失.     

690合金管在室温干态下的冲击微动磨损特性研究

采用小载荷冲击试验机研究了690合金传热管与405不锈钢块在室温干态不同载荷条件下的微幅冲击磨损行为.其中管采用悬臂梁式固定,与冲击配副采取线接触方式,冲击频率为10 Hz,循环次数为106次,试验载荷选取5、10、20和40 N.结果表明:在室温干态条件下,随着载荷的增加,690合金管的磨损体积增大;加工硬化效应增强,磨损表面硬度增加越大.冲击磨损过程中材料表面发生摩擦氧化行为,690合金管的冲击磨损机制主要是磨粒磨损、剥落,且随着载荷增加,磨粒磨损及氧化行为加剧.     

聚全氟乙丙烯的微动磨损

研究了球－盘点接触和面接触微动条件下聚全氟乙丙烯（以下简称ＦＥＰ）的微动磨损特性。发现球－盘接触对ＦＥＰ的微动磨损以带状磨屑挤出为主。而常规负荷条件下的球－盘接触形式并不适合于研究聚合物的微动磨损。采用面接触形式可以显著降低接触应力，同时也便于对聚合物微动表面的观测。结果表明，在面接触条件下，ＦＥＰ的微动损伤表面可明显地分成３个区：中心区为磨屑产生区；高应力区为磨屑阻挡区；阻挡区之外为轻微滑动区，     

AZ91D镁合金滑移区域微动磨损机理研究

采用Deltalab-Nene7型电液伺服式微动磨损试验机研究了AZ91D镁合金在滑移区域的微动磨损机理;采用光学显微镜和扫描电子显微镜分析了微动磨损表面形貌.结果表明:镁合金的微动过程可以划分为4个阶段,镁合金的摩擦系数变化规律、微动损伤机制、微动损伤表面形貌及磨屑剥离机制等随微动磨损阶段的不同亦有所不同;镁合金微动磨屑主要由金属镁以及镁、铝和锌的氧化物组成.