沉积温度对TC4钛合金表面辉光离子渗Mo层组织和耐磨性能的影响

利用辉光离子渗的方法,在TC4钛合金表面沉积Mo耐磨涂层。利用XRD、SEM、EDS、显微硬度仪和摩擦磨损试验机研究了沉积温度(850℃,950℃和1050℃)对Mo涂层的组织结构、耐磨性能及磨损机制的影响。结果表明:涂层由Mo外层和互扩散区组成,互扩散区主要为Mo-Ti固溶体相;随着沉积温度的升高,Mo涂层的生长速率增加,但平均晶粒尺寸增大,因而硬度、耐磨性能降低;纯滑动干摩擦载荷为98N时,950℃/5h沉积所形成Mo涂层的磨损速率约为TC4钛合金的1/45。     

剧烈塑性变形对钛合金热氧化的影响

钛合金热氧化通过在表面形成氧化层和氧扩散层改善其综合性能。热氧化前对钛合金进行剧烈塑性变形可以引入高密度晶界、位错、孪晶界等晶体缺陷及高畸变能,能够促进氧原子吸附、降低氧化物形核温度、加速氧化膜生长并促进氧原子向基体内的扩散,形成更厚、更致密的氧化层和更深的氧扩散区,获得更好的性能。本文对剧烈塑性变形钛合金的热氧化进行综述。首先,介绍了几种常见的剧烈塑性变形方法,总结了钛合金剧烈塑性变形和热氧化复合处理的工艺情况和处理效果。然后,根据氧化物形成的一般过程阐述了剧烈塑性变形引起的微观结构变化对氧原子吸附、氧化物形核、氧化膜形成、氧化膜增厚和氧扩散区形成的影响机理。最后,总结了剧烈塑性变形对氧化膜厚度、氧扩散区范围和氧化物形貌等热氧化微观结构及硬度、摩擦磨损等力学性能的影响,指出了当前研究中存在的问题,并展望了未来的研究方向。     

TC4-DT钛合金磨削表面特性及其摩擦磨损性能

钛合金是一种典型难磨削加工材料,磨削表面易出现烧伤、裂纹等热损伤。本文开展了TC4-DT钛合金磨削实验,通过扫描电镜（SEM）、能谱（EDS）、X射线衍射（XRD）、显微硬度仪、金相显微镜及球-盘摩擦磨损实验仪研究了其表面特性及摩擦磨损性能。结果表明：低速磨削表面质量好,摩擦磨损性能较基体略提高;当砂轮线速度为80 m/s时,磨削表面质量良好,摩擦系数为0.38,较基体降低40%;而砂轮线速度为100 m/s时,磨削表面出现严重烧伤、网状裂纹。因此选择合理的高速磨削工艺可避免烧伤、裂纹等热损伤缺陷,并可有效改善表面摩擦磨损性能;磨削表面干摩擦磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损和剥层磨损。     

NiCoCrAlYTa/Ag/Mo复合自润滑涂层的制备及其高低温循环摩擦学性能

为了开发适用于苛刻工况的长寿命、高可靠的自润滑涂层，选择NiCoCrAlYTa作为黏结相，Ag作为润滑相，Mo作为增强相，采用超音速火焰喷涂(high-velocity oxy-fuel spraying,HVOF)技术在Inconel718高温合金基体上制备复合涂层。考察该复合涂层在室温及800℃循环交变条件下的摩擦学行为，研究磨损表面的形貌特征、化学成分、相组成，揭示摩擦过程中元素之间的相互作用以及摩擦表面的物理化学本质，探究其在高低温交变环境下的多循环“自适应”润滑机理。结果表明：复合涂层致密均匀，力学性能良好，主要有γ-Ni,β-NiAl,γ′-Ni₃Al,Ag和Mo等物相；复合涂层表面生成的β-Ag₂MoO₄类层状润滑剂，可大大改善涂层在高温条件下的摩擦磨损性能；在多循环交变条件下，复合涂层后续循环摩擦因数较首次循环而言有所增大，但在室温条件下的磨损率却有所减小；这是涂层在高温条件下生成的β-Ag₂MoO₄类层状尖晶石润滑相与Al₂O_3...     

阳极氧化对TiAl合金高温氧化行为和力学性能的影响

采用电化学阳极氧化技术在含NH4F的乙二醇电解液中对TiAl合金进行阳极氧化处理。研究阳极氧化对TiAl合金高温氧化行为和力学性能的影响。结果表明:由于“卤素效应”,阳极氧化处理的TiAl合金经高温氧化后表面形成致密、连续的Al₂O₃氧化膜,有效阻止了氧的内扩散,进而显著提高合金的抗高温氧化性能。经1000℃氧化100 h后,阳极氧化试样增重由未经阳极氧化处理试样的85.86 mg/cm²降至0.67 mg/cm²。另一方面,阳极氧化TiAl合金表面硬度和弹性模量随高温氧化时间延长呈先降低后升高的趋势。阳极氧化TiAl合金在高温服役后,合金的摩擦系数较未经阳极氧化处理试样上升,但表面耐磨性先降低后升高。这是由于TiAl合金经阳极氧化后,表面形成了一层富铝含氟氧化膜,由于氧化膜中F元素在高温氧化过程中与Ti、Al结合形成卤化物,卤化物蒸气选择性扩散在原始氧化膜处形成致密的Al₂O₃保护膜。阳极氧化对TiAl合金力学性能的影响主要是由于氧化膜中Al₂O₃的含量变化所致。     

Ti6Al4V合金微弧氧化陶瓷膜的组织结构研究

采用微弧氧化技术在钛合金表面成功制备出膜厚约100μm的致密陶瓷膜以提高钛合金的耐磨性.SEM结果表明,陶瓷膜完整连续,与基体呈犬牙状牢固结合.XRD衍射结果表明:陶瓷膜主要由金红石型二氧化钛和Al2TiO4晶体相组成.显微硬度结果表明钛合金微弧氧化陶瓷膜的显微硬度为862HV而基体合金硬度仅为412HV,陶瓷膜的硬度远远高于基体合金的显微硬度.摩擦磨损试验表明,镀膜的钛合金磨损量远小于不镀膜钛合金的磨损量,陶瓷膜能提高基体的摩擦磨损性能.     

DSM11镍基高温合金表面三种涂层高温性能

DSM11镍基高温合金表面制备Al-Si、Al和Co-Al三种涂层,研究三种涂层在900℃下的涂盐（质量分数为5% NaCl+95% Na₂SO₄）热腐蚀性能和800℃下的疲劳性能。实验结果表明:在900℃热腐蚀200h后,Al-Si涂层和Co-Al涂层表面腐蚀区均形成了以Al₂O₃为主的连续且致密的氧化层,抑制热腐蚀反应的进行,具有一定的抗热腐蚀性能;Al涂层表面腐蚀区形成了混合型氧化层,热腐蚀反应会持续进行,抗热腐蚀性能较差。在800℃的疲劳实验后,Al-Si涂层表面生成大量的微裂纹,涂层容易发生开裂,进而引起合金试样快速断裂;Co-Al涂层和Al涂层的合金试样表现较好的抗高温疲劳性能。在高温合金的防护涂层使用中,要充分考虑到涂层的服役环境,对相关性能进行综合评价,选出最适合的防护涂层。      

M50钢表面磁控溅射Ti-GLC薄膜高温摩擦学性能

为了研究高温环境下轴承钢基体上Ti掺杂类石墨碳基薄膜的实际应用，采用非平衡磁控溅射技术在M50钢表面制备Ti-GLC膜，分别在不同温度、不同线速度下与Al₂O₃陶瓷球进行摩擦磨损试验，研究其高温摩擦学性能及磨损机理。结果表明，随着温度的升高，Ti-GLC膜中的sp²键含量逐渐增大，石墨化程度加重，硬度和弹性模量逐渐降低，膜基结合力也有所降低。在室温～200℃，所制备的Ti-GLC薄膜保持优异的低摩擦与耐磨损性能，为Ti-GLC薄膜的最佳服役温度区域。在200 mm/s下，随着温度的升高，磨损形式由轻微的黏着磨损和磨粒磨损逐渐转变为严重的磨粒磨损和氧化磨损。     

镍基耐高温自润滑刷式封严涂层研究

为满足先进航空发动机刷式封严对涂层材料自润滑耐磨性能的要求,采用等离子喷涂技术制备了NiCoCrAlY-Cr_2O_3和NiCoCrAlY-Cr_2O_3-AgMo两种复合涂层;采用扫描电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱和高温摩擦磨损试验等分析测试手段研究了涂层的物相组成、微观结构、力学性能以及摩擦磨损性能。结果表明:研制的两种新型涂层具有较低的孔隙率、较高的显微硬度和结合强度,从20℃到800℃的磨损量都在10~(-5)mm~3·N~(-1)·m~(-1)数量级,显示出优异的耐磨性能;NiCoCrAlY-Cr_2O_3涂层在摩擦系数随着温度的升高而降低,在800℃达到最低值0.3;NiCoCrAlY-Cr_2O_3-AgMo涂层从400~800℃的摩擦系数一直保持在0.23左右。对其摩擦机理的研究表明:400℃时涂层与高温合金GH4145对磨件之间形成连续的含Ag润滑膜,600℃以上时摩擦表面生成的Ag_2MoO_4自润滑相显著降低了涂层的摩擦和磨损。     

BaSO_4/PTFE复合材料在干摩擦条件下的摩擦磨损机理研究

采用高速混合、冷压烧结成型的方法通过填充改性制备BaSO4/PTFE复合材料,利用M-200型摩擦磨损试验机研究复合材料在干摩擦条件下的摩擦学行为,考察BaSO4用量对复合材料摩擦磨损性能的影响,并采用扫描电子显微镜对试样磨损表面进行观察和分析,揭示摩擦磨损机理。结果表明,BaSO4可显著提高复合材料的耐磨损性能,在用量为30%时,耐磨损性能与纯PTFE相比提高了两个数量级;PTFE以粘着磨损为主,随着BaSO4用量增加,磨粒磨损逐渐占主导,粘着磨损逐渐减少,并最终表现出疲劳磨损特征。     

TC21钛合金稀土渗硼强化表面组织及性能

采用单体硼为供硼剂对TC21钛合金表面进行稀土催化表面强化热处理,对渗硼层组织形貌、硬度、磨痕形貌和磨损率进行了研究。结果表明单体硼渗剂中CeO2配比为7wt%左右的渗硼层连续致密,耐磨性较好;温度对于表层TiB2的厚度影响较大,提高温度可显著增大渗硼层厚度,随着保温时间的延长,表层TiB2层逐渐增厚并且更为连续,时间超过一定值后渗硼层厚度增加缓慢;渗硼层表层硬度随渗硼温度提高显著增大,随保温时间延长增加缓慢,渗硼温度在1 000℃时渗硼层近表层硬度可达3 200HV0.01左右,高硬度区域厚度可达20μm以上;TC21钛合金渗硼层表现出了良好的摩擦磨损性能,渗硼试样的比磨损率比未渗硼试样低50~60倍。     

酒石酸钠体系中TC18钛合金阳极氧化膜的制备、表征与疲劳性能

在以酒石酸钠为成膜剂的新型无氟环保电解液体系中对TC18钛合金进行阳极氧化,制备出一种钛合金阳极氧化膜。通过扫描电子显微镜和拉曼光谱仪分析了阳极氧化膜的形貌和相结构。采用电化学方法研究了阳极氧化后TC18钛合金的耐腐蚀性能。采用万能高频疲劳试验机进行高频疲劳试验。结果表明：膜层具有沟壑与鼓包的表面形貌。膜层具有非晶态、锐钛矿型及金红石型TiO₂结构,可能有板钛矿TiO₂结构。阳极氧化后TC18钛合金的耐蚀性有显著的提高。阳极氧化后TC18钛合金的拉伸性能与疲劳性能基本不降低,相比于传统硫酸-磷酸型阳极氧化,拉伸性能和疲劳性能得到了一定的改善。     

密排六方钛合金宏观织构的超声分析方法

快速无损伤的测量正交宏观对称的六方晶系多晶体材料织构特征,在材料学方面成了亟待解决的难题。通过建立晶粒取向分布函数、多晶材料等效弹性常数和超声波在材料近表面的传播特征三者的关系,来确定晶粒取向分布函数的五个织构系数W₂₀₀,W₂₂₀,W₄₀₀,W₄₂₀,W₄₄₀,构建极图并分析材料的宏观织构特征。其中,采用的两种波型分别是:小角度临界值纵波和瑞利波,而超声波传播特征主要以研究相速度在材料主平面上随传播角度的变化为主。对圆饼状TA19钛合金锻件进行了测量分析,结果显示:单一方向的声速C扫图可以反映出TA19钛合金锻件各位置的织构差异;圆饼状TA19钛合金锻件在以圆心为中心的不同半径的圆周处有着不同的织构特征;五个织构系数分别反映出圆饼状TA19钛合金锻件不同位置处的织构差异,尤其W₂₂₀,W₄₂₀,W₄₄₀三位织构系数差异更为明显。     

钛表面阳极氧化处理对TA2/聚醚醚酮（PEEK）粘结性能的影响

为了改善TA2/C_f/PEEK纤维金属混杂层板中TA2/PEEK的界面粘结性能,利用NaTESi恒压阳极氧化法对TA2板进行表面改性。首先通过正交试验对阳极氧化工艺进行优化,对不同处理工艺的TA2板表面进行了XRD、SEM分析以及粗糙度的表征;其次,研究了钛板表面改性对TA2/PEEK界面结合强度及断裂韧性的影响。结合扫描电镜图进行表面粗糙度及剪切强度的极差分析,发现随着阳极氧化时间的增长,表面粗糙度减小,TA2/PEEK接头的单搭剪切强度下降。对不同工艺下单搭接头的拉伸剪切强度进行比较后,确定了利于提高TA2/PEEK界面结合强度的最优工艺为恒压10 V、在35℃下阳极氧化10 min;该种工艺处理后的钛板表面粗糙度为1.34 μm,其表面形貌为纳米颗粒,粒径尺寸为100~200 nm,在阳极氧化时间为10 min、电压为10 V时,其表面纳米颗粒分布最为均匀,该种形貌下制备的TA2/PEEK界面剪切强度达到19 MPa,失效模式为混合破坏;通过载荷-位移曲线、R曲线,对此工艺下TA2/PEEK界面I型层间断裂韧性进行了表征,发现其平均能量释放率为188.1 J/m²,相比于未经表面处理的试样增加了103.1%,阳极氧化工艺处理后的TA2/PEEK界面抗分层能力更好。     

钛合金低温脉冲微弧阳极氧化技术

为了防止钛合金与其它活泼金属接触时发生电偶腐蚀，防止粘结，提高其表面硬度，减少摩擦磨损而提出了脉冲微弧阳极氧化工艺。微弧阳极氧化在L(含硫化合物)、T(含磷化合物)及若干添加剂的混合电解液中进行。由脉冲电源供电。高压、高热的微弧使零件表面发生等离子体放电现象，形成2-15μm致密的、高绝缘的氧化膜层。它有抗腐蚀、防粘结的功能；同时，钛合金的表面硬度得到大幅度提高。     

TA32高温钛合金超塑性能研究

采用恒应变速率法对TA32高温钛合金板材进行超塑拉伸,研究了温度920～980℃和应变速率5×10^-5～1×10^-3 s^-1条件下材料的超塑变形行为,并分析了锥形件胀形过程的变形特征和微观组织演变规律。结果表明,TA32合金具有良好的超塑性变形能力,温度920℃、应变速率1×10^-3 s^-1时最大延伸率达到864%。温度为940℃和960℃时,受平面应力变形的锥形件高度较高,分别为90 mm和92 mm;经过不同变形量的变形后微观组织变化并不显著。     

钛基稀土激光熔覆层组织细化机制及性能

采用通快TruDisk 4002光纤激光器在TC4合金表面分别制备了0wt% Y₂O₃和3wt% Y₂O₃的TC4+Ni45+Co-WC钛基耐磨复合涂层。利用XRD、SEM、EDS、EPMA、显微硬度计和摩擦磨损试验机等分析了涂层组织、显微硬度和摩擦学性能。结果表明，两种涂层表面均无裂纹孔隙等缺陷，且生成相一致，主要包括TiC、TiB₂、Ti₂Ni、WC和α-Ti；0wt% Y₂O₃涂层组织存在明显偏析，析出相尺寸粗大且方向性明显；3wt% Y₂O₃涂层组织呈均匀弥散状态分布，细化特征明显；经Bramfitt二维点阵错配度计算，（100）_Y2O3和（100）_Ti2Ni、（111）_Y2O3和（110）_TiC、（110）_Y2O3和（1010）_TiB2间的错配度分别为5.75%、6.72%和10.10%，Y₂O₃作为异质形核核心对Ti₂Ni、TiC和TiB₂的细化能力依次为Ti₂Ni > TiC > TiB₂；0wt% Y₂O₃和3wt% Y₂O₃涂层显微硬度分别为600~630 HV_0.5和470~480 HV_0.5，较基材分别提高了约62%和26%；3wt% Y₂O₃涂层耐磨减摩性最优，其磨损体积和摩擦系数较0wt% Y₂O₃涂层分别下降了约47.8%和5.0%，磨损机制主要为磨粒磨损。     

TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构钎焊工艺研究

针对TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构,采用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni非晶箔带钎料,研究钎焊温度和保温时间对TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构接头微观组织及力学性能的影响,优化出TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构较优的钎焊工艺为920℃/保温90min和钎料添加量80μm,该工艺参数下钎焊接头的室温拉脱强度平均值最高,可达19.82MPa,破坏部位为TA18钛合金蜂窝芯。     

TA15 合金高温应力松弛和流变应力行为

对TA15合金进行600～ 700℃下的应力松弛试验和675～800℃下的单向拉伸试验,研究其应力松弛行为的特征及影响因素,得出TA15合金在高温下的流变应力行为规律.结果表明,在600 ～ 700℃下TA15合金应力松弛行为可以分为两个阶段:第一阶段为应力松弛过程前100 s,试样内的残余应力快速下降;第二阶段残余应力下降缓慢,经过1 500s后剩余应力基本不变,趋向于某一个极限值;温度对应力松弛影响很大,温度越高,应力松弛越快;初应力、预应变、轧制方向对应力松弛影响不大,且随温度的升高影响变小.在675 ～800℃下TA15合金流变应力随温度的升高而降低,通过对单拉试验数据进行拟合,得出TA15合金流动应力符合第一类本构方程.     

镍基高温合金表面Co-Al涂层抗高温氧化性能研究

为了研究镍基高温合金表面Co-Al涂层抗高温氧化性,对该Co-Al涂层在800、900和1000℃下进行200 h高温氧化试验,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等进行高温氧化行为分析。结果表明：合金氧化动力学曲线均基本符合抛物线规律,氧化激活能为78185 kJ/mol,质量增大速度较缓慢,平均氧化速度也较慢;合金表面生成氧化物结构完整、致密,主要以Al₂O₃为主;表面生成连续致密的Al₂O₃保护膜有效地阻止了Al向涂层与空气界面的外扩散和氧向涂层与基体界面的内扩散,在3种温度下Co-Al涂层均表现出优异的抗高温氧化性能。