TC18钛合金表面离子注入Zr、Cr元素工艺及改性层力学性能研究
发布时间：2021-02-13 19:34
TC18钛合金由于优良的综合性能被应用于制造飞机起落架。然而,疲劳性能差的缺点限制了其应用。TC18钛合金的表面状态是影响其疲劳性能的重要因素,表面划伤、高粗糙度及其他表面缺陷均会降低其疲劳寿命,而残余压应力会提高疲劳寿命。本课题提出利用离子注入技术强化TC18钛合金表面,并研究了离子注入后表面状态对TC18钛合金的疲劳性能的影响。利用离子注入技术在TC18钛合金表面注入不同剂量(1.219.0×1016 ions/cm2)的Cr、Zr离子,利用SEM、AFM、XRD和残余应力分析仪研究离子注入前后TC18钛合金表面形貌、成分、相结构和残余应力状态。利用纳米压痕仪研究不同载荷下（5 mN、10 mN和15 mN）离子注入前后TC18钛合金表面的纳米力学性能。利用疲劳试验机并结合离子注入前后TC18钛合金表面状态的变化情况分析Cr、Zr离子对其疲劳性能的影响。基于蒙特卡罗模拟方法研究了Cr、Zr离子在TC18钛合金内部的运动过程,结果显示离子注入过程中TC18钛合金表面发生明显的溅射现象,进而影响了基体表面形貌。Cr离子、...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 TC18 钛合金在飞机起落架上的应用
1.2.1 TC18 钛合金简介及应用
1.2.2 TC18 钛合金在服役过程中的疲劳损坏问题
1.3 影响TC18 钛合金疲劳寿命的表面因素
1.3.1 TC18 钛合金表面状态对疲劳寿命的影响
1.4 离子注入表面强化技术
1.4.1 离子注入表面强化技术简介
1.4.2 离子注入及MEVVA离子源工作原理
1.4.3 离子注入过程中辐照损伤以及级联碰撞
1.4.4 离子注入的强化方式及特点
1.4.5 离子注入在金属表面改性中的应用
1.5 试验课题的研究背景及内容
1.5.1 课题的提出
1.5.2 课题研究内容
1.5.3 可行性分析
1.5.4 技术路线
第二章 试验材料及改性层制备与分析
2.1 试验材料及试样制备
2.1.1 试验材料
2.1.2 试样制备
2.2 离子注入改性层表面微观结构分析
2.2.1 表面形貌及成分分析
2.2.2 相结构分析
2.3 离子注入改性层力学性能分析
2.3.1 表面残余应力状态分析
2.3.2 纳米力学性能分析
2.3.3 疲劳性能分析
第三章 TC18 钛合金表面Cr离子、Zr离子注入过程中的蒙特卡罗模拟
3.1 引言
3.2 Cr离子、Zr离子注入碰撞过程模拟
3.3 Cr离子、Zr离子注入过程中的能量损失
3.4 Cr离子、Zr离子注入过程中的溅射现象
3.5 本章小结
第四章 Cr、Zr离子注入对TC18 钛合金表面形貌及晶体结构的影响
4.1 引言
4.2 离子注入处理后TC18 钛合金表面形貌与成分分析
4.2.1 不同注入剂量Cr离子对TC18 钛合金表面形貌及成分的影响
4.2.2 不同注入剂量Zr离子对TC18 钛合金表面形貌及成分的影响
4.3 离子注入处理后TC18 钛合金表面三维形貌及粗糙度分析
4.3.1 不同注入剂量Cr离子对TC18 钛合金三维形貌及表面粗糙度的影响
4.3.2 不同注入剂量Zr离子对TC18 钛合金三维形貌及表面粗糙度的影响
4.4 离子注入处理后TC18 钛合金表面晶体结构分析
4.4.1 不同注入剂量Cr离子对TC18 钛合金表面晶体结构的影响
4.4.2 不同注入剂量Zr离子对TC18 钛合金表面晶体结构的影响
4.5 离子注入处理后TC18 钛合金表面应力状态分析
4.6 本章小结
第五章 Cr、Zr离子注入对TC18 钛合金表面纳米力学性能及疲劳性能的影响
5.1 引言
5.2 Cr离子注入对TC18 钛合金表面纳米力学状态的影响
5.2.1 不同注入剂量Cr离子对TC18 钛合金表面纳米压入力学性能的影响
5.2.2 不同注入剂量Cr离子对TC18 钛合金表面硬度和弹性模量的影响
5.3 Zr离子注入对TC18 钛合金表面纳米力学状态的影响
5.3.1 不同注入剂量Zr离子对TC18 钛合金表面纳米压入力学性能的影响
5.3.2 不同注入剂量Zr离子对TC18 钛合金表面硬度和弹性模量的影响
5.4 Cr离子、Zr离子注入对TC18 钛合金疲劳性能的影响
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 主要创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]飞机起落架用超高强度钢应用现状及展望[J]. 赵博,许广兴,贺飞,杨旭. 航空材料学报. 2017(06)
[2]TC17合金等轴组织和网篮组织的高周疲劳断口[J]. 张赛飞,曾卫东,周大地,高雄雄. 稀有金属材料与工程. 2017(S1)
[3]离子注入304不锈钢表面耐腐蚀性的研究[J]. 袁联雄,唐德文,邹树梁,何志锋,周雄锋. 热加工工艺. 2017(08)
[4]酒石酸钠体系阳极氧化对TB8钛合金薄板疲劳性能的影响[J]. 余永水,谢兰生,陈明和,黄珺,洪海华. 中国有色金属学报. 2015(08)
[5]喷丸、喷砂与HVOF WC-17Co涂层表面完整性对TC18钛合金疲劳性能的影响[J]. 杜东兴,刘道新,孟保利,张晓化. 航空材料学报. 2013(05)
[6]Zr离子注入对NiTi形状记忆合金表面硬度和耐磨性影响[J]. 郑蕾,杨策,李岩,赵婷婷. 北京科技大学学报. 2013(04)
[7]喷丸强化与表面完整性对TC21钛合金疲劳性能的影响[J]. 李世平,刘道新,李瑞鸿,夏明莉,张炜,乔明杰,杜东兴. 机械科学与技术. 2012(12)
[8]浅析离子注入技术[J]. 凌筱清,顾翊锬. 科技风. 2012(22)
[9]飞机起落架用300M超高强钢发展及研究现状[J]. 张慧萍,王崇勋,杜煦. 哈尔滨理工大学学报. 2011(06)
[10]Ti-600合金的高周疲劳性能研究[J]. 曾立英,杨冠军,赵永庆,洪权. 稀有金属材料与工程. 2011(07)
博士论文
[1]钛合金Ti-6A1-4V的疲劳行为及疲劳设计曲线研究[D]. 李煜佳.华东理工大学 2014
[2]基于双辉技术的钛合金表面抗高温氧化合金层的制备及性能研究[D]. 魏东博.南京航空航天大学 2013
[3]纳米压痕法表征金属薄膜材料的力学性能[D]. 马增胜.湘潭大学 2011
[4]Ta和Ag离子注入Ti6A14V合金表面改性研究[D]. 冷崇燕.昆明理工大学 2008
[5]反应堆用钛合金表面的离子注入及其耐蚀性和抗磨损机理研究[D]. 刘彦章.电子科技大学 2007
硕士论文
[1]TC18钛合金的组织性能研究[D]. 王磊.西安建筑科技大学 2017
[2]TC18钛合金HVOF喷涂WC-Co涂层的耐磨耐蚀性能研究[D]. 王成.南京航空航天大学 2016
[3]7075铝合金的低周疲劳行为及其损伤演化机理研究[D]. 徐超.上海工程技术大学 2013
[4]钛合金等离子体基离子注入层结构和摩擦学性能研究[D]. 冯兴国.哈尔滨工业大学 2009
[5]等离子体浸没式离子注入和等离子体磁性质的研究[D]. 李林森.复旦大学 2008
[6]N+注入SiC陶瓷的表面结构及水润滑摩擦学特性研究[D]. 袁英光.南京航空航天大学 2008
[7]300M钢喷丸强化工艺中打磨问题的研究[D]. 武俊.西北工业大学 2007
[8]镁合金等离子体基离子注入层结构与性能研究[D]. 娄春和.哈尔滨工业大学 2006
[9]C/SiC复合材料表面SiC涂层的改性研究[D]. 沈季雄.西北工业大学 2004
本文编号：3032471
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 TC18 钛合金在飞机起落架上的应用
1.2.1 TC18 钛合金简介及应用
1.2.2 TC18 钛合金在服役过程中的疲劳损坏问题
1.3 影响TC18 钛合金疲劳寿命的表面因素
1.3.1 TC18 钛合金表面状态对疲劳寿命的影响
1.4 离子注入表面强化技术
1.4.1 离子注入表面强化技术简介
1.4.2 离子注入及MEVVA离子源工作原理
1.4.3 离子注入过程中辐照损伤以及级联碰撞
1.4.4 离子注入的强化方式及特点
1.4.5 离子注入在金属表面改性中的应用
1.5 试验课题的研究背景及内容
1.5.1 课题的提出
1.5.2 课题研究内容
1.5.3 可行性分析
1.5.4 技术路线
第二章 试验材料及改性层制备与分析
2.1 试验材料及试样制备
2.1.1 试验材料
2.1.2 试样制备
2.2 离子注入改性层表面微观结构分析
2.2.1 表面形貌及成分分析
2.2.2 相结构分析
2.3 离子注入改性层力学性能分析
2.3.1 表面残余应力状态分析
2.3.2 纳米力学性能分析
2.3.3 疲劳性能分析
第三章 TC18 钛合金表面Cr离子、Zr离子注入过程中的蒙特卡罗模拟
3.1 引言
3.2 Cr离子、Zr离子注入碰撞过程模拟
3.3 Cr离子、Zr离子注入过程中的能量损失
3.4 Cr离子、Zr离子注入过程中的溅射现象
3.5 本章小结
第四章 Cr、Zr离子注入对TC18 钛合金表面形貌及晶体结构的影响
4.1 引言
4.2 离子注入处理后TC18 钛合金表面形貌与成分分析
4.2.1 不同注入剂量Cr离子对TC18 钛合金表面形貌及成分的影响
4.2.2 不同注入剂量Zr离子对TC18 钛合金表面形貌及成分的影响
4.3 离子注入处理后TC18 钛合金表面三维形貌及粗糙度分析
4.3.1 不同注入剂量Cr离子对TC18 钛合金三维形貌及表面粗糙度的影响
4.3.2 不同注入剂量Zr离子对TC18 钛合金三维形貌及表面粗糙度的影响
4.4 离子注入处理后TC18 钛合金表面晶体结构分析
4.4.1 不同注入剂量Cr离子对TC18 钛合金表面晶体结构的影响
4.4.2 不同注入剂量Zr离子对TC18 钛合金表面晶体结构的影响
4.5 离子注入处理后TC18 钛合金表面应力状态分析
4.6 本章小结
第五章 Cr、Zr离子注入对TC18 钛合金表面纳米力学性能及疲劳性能的影响
5.1 引言
5.2 Cr离子注入对TC18 钛合金表面纳米力学状态的影响
5.2.1 不同注入剂量Cr离子对TC18 钛合金表面纳米压入力学性能的影响
5.2.2 不同注入剂量Cr离子对TC18 钛合金表面硬度和弹性模量的影响
5.3 Zr离子注入对TC18 钛合金表面纳米力学状态的影响
5.3.1 不同注入剂量Zr离子对TC18 钛合金表面纳米压入力学性能的影响
5.3.2 不同注入剂量Zr离子对TC18 钛合金表面硬度和弹性模量的影响
5.4 Cr离子、Zr离子注入对TC18 钛合金疲劳性能的影响
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 主要创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]飞机起落架用超高强度钢应用现状及展望[J]. 赵博,许广兴,贺飞,杨旭. 航空材料学报. 2017(06)
[2]TC17合金等轴组织和网篮组织的高周疲劳断口[J]. 张赛飞,曾卫东,周大地,高雄雄. 稀有金属材料与工程. 2017(S1)
[3]离子注入304不锈钢表面耐腐蚀性的研究[J]. 袁联雄,唐德文,邹树梁,何志锋,周雄锋. 热加工工艺. 2017(08)
[4]酒石酸钠体系阳极氧化对TB8钛合金薄板疲劳性能的影响[J]. 余永水,谢兰生,陈明和,黄珺,洪海华. 中国有色金属学报. 2015(08)
[5]喷丸、喷砂与HVOF WC-17Co涂层表面完整性对TC18钛合金疲劳性能的影响[J]. 杜东兴,刘道新,孟保利,张晓化. 航空材料学报. 2013(05)
[6]Zr离子注入对NiTi形状记忆合金表面硬度和耐磨性影响[J]. 郑蕾,杨策,李岩,赵婷婷. 北京科技大学学报. 2013(04)
[7]喷丸强化与表面完整性对TC21钛合金疲劳性能的影响[J]. 李世平,刘道新,李瑞鸿,夏明莉,张炜,乔明杰,杜东兴. 机械科学与技术. 2012(12)
[8]浅析离子注入技术[J]. 凌筱清,顾翊锬. 科技风. 2012(22)
[9]飞机起落架用300M超高强钢发展及研究现状[J]. 张慧萍,王崇勋,杜煦. 哈尔滨理工大学学报. 2011(06)
[10]Ti-600合金的高周疲劳性能研究[J]. 曾立英,杨冠军,赵永庆,洪权. 稀有金属材料与工程. 2011(07)
博士论文
[1]钛合金Ti-6A1-4V的疲劳行为及疲劳设计曲线研究[D]. 李煜佳.华东理工大学 2014
[2]基于双辉技术的钛合金表面抗高温氧化合金层的制备及性能研究[D]. 魏东博.南京航空航天大学 2013
[3]纳米压痕法表征金属薄膜材料的力学性能[D]. 马增胜.湘潭大学 2011
[4]Ta和Ag离子注入Ti6A14V合金表面改性研究[D]. 冷崇燕.昆明理工大学 2008
[5]反应堆用钛合金表面的离子注入及其耐蚀性和抗磨损机理研究[D]. 刘彦章.电子科技大学 2007
硕士论文
[1]TC18钛合金的组织性能研究[D]. 王磊.西安建筑科技大学 2017
[2]TC18钛合金HVOF喷涂WC-Co涂层的耐磨耐蚀性能研究[D]. 王成.南京航空航天大学 2016
[3]7075铝合金的低周疲劳行为及其损伤演化机理研究[D]. 徐超.上海工程技术大学 2013
[4]钛合金等离子体基离子注入层结构和摩擦学性能研究[D]. 冯兴国.哈尔滨工业大学 2009
[5]等离子体浸没式离子注入和等离子体磁性质的研究[D]. 李林森.复旦大学 2008
[6]N+注入SiC陶瓷的表面结构及水润滑摩擦学特性研究[D]. 袁英光.南京航空航天大学 2008
[7]300M钢喷丸强化工艺中打磨问题的研究[D]. 武俊.西北工业大学 2007
[8]镁合金等离子体基离子注入层结构与性能研究[D]. 娄春和.哈尔滨工业大学 2006
[9]C/SiC复合材料表面SiC涂层的改性研究[D]. 沈季雄.西北工业大学 2004
本文编号：3032471
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3032471.html
