TC4合金磁控溅射TiNi/TiN复合涂层及抗冲蚀磨损性能研究
发布时间：2021-09-07 15:50
在现代飞机制造中,TC4钛合金主要应用于飞机结构件,包括发动机转动和非转动部件,如风扇圆盘、风扇叶片、压缩机叶片等。飞行器在沙漠等恶劣环境条件下的服役过程中,外界气流或高速液滴所携带的固体粒子会对材料表面造成严重的冲蚀,极易造成零部件的损耗,甚至报废。为了提高TC4钛合金的抗冲蚀磨损性能,本文利用磁控溅射技术在合金表面制备了一种TiNi超弹性涂层或TiNi/TiN复合涂层。采用XRD、SEM、纳米压痕仪、划痕仪、电化学工作站等方法对涂层的物相结构、结合力、力学性能以及电化学耐腐蚀性能进行表征,并通过冲蚀试验评估涂层的抗冲蚀磨损性能。试验表明:550℃是磁控溅射制备TiNi涂层最适合的衬底温度,获得的TiNi涂层为富Ni涂层,常温下为B2相,具有优异的超弹性能,且涂层致密度高,与TC4基体结合力好。而所制备的TiNi/TiN复合涂层具有高硬度高模量,同样表现出优异的抗腐蚀性能。冲蚀试验表明:TiNi/TiN涂层的抗冲蚀质量损耗与TC4基体相比最低减少43.54%,从而有效的提高TC4部件的抗冲蚀磨损能力。TiNi/TiN涂层具有优异抗冲蚀的机理在于:涂层是由耐冲蚀的高硬度表面TiN涂层和...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TiN涂层晶体结构
热弹性马氏体相变所需的驱动力很小，相变滞后小。图1-2说明了形状记忆合金发生形状记忆效应和超弹性的条件及晶体结构的变化。其中，MS、Mf、AS和Af分别为马氏体相变开始、结束温度和奥氏体相变开始、结束温度。
要参数如下表2-3所示，由于TiN涂层属于反应溅射，故量（氩氮比）。Ti和TiN的衬底温度均为200℃，TiNi涂层以促进涂层在基片上的沉积，减少涂层缺陷，提高结合的TiNi非晶涂层晶化。表 2-3 磁控溅射工艺参数Tab. 2-3 Parameters of magnetron sputtering process30SCCM 工作气压 0.36pa10SCCM 或 0 靶基距 80mm100W 衬底偏压 50V及参数采用空军工程大学的砂尘冲蚀试验系统，如下图 2-2 所用螺杆进砂装置精确控制砂尘的流量，可通过参数调整环境。
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC4钛合金与多层TiN/Ti涂层的砂尘冲蚀损伤试验[J]. 曹鑫,王冠,何卫锋,张翼飞,何光宇,杨竹芳. 航空动力学报. 2016(09)
[2]DLC、TiN涂层对TC4钛合金抗砂尘冲蚀性能的影响[J]. 曹鑫,何卫锋,何光宇,廖斌,张虹虹,李应红. 中国表面工程. 2016(04)
[3]电弧离子镀方法制备的Ti/TiN多层膜的结构与耐腐蚀性能[J]. 宋贵宏,娄茁,李锋,陈立佳. 中国有色金属学报. 2012(02)
[4]Ti-Ni低温超音速火焰喷涂层及激光处理后的特征[J]. 周克崧,邓春明,邓畅光,刘敏. 材料保护. 2009(08)
[5]钛合金叶片防护涂层研究——十五科研项目工作总结[J]. 吴小梅,李伟光,陆峰. 装备环境工程. 2006(03)
[6]冲蚀磨损研究的进展[J]. 马颖,任峻,李元东,陈体军,李炳. 兰州理工大学学报. 2005(01)
[7]超弹Ti-Ni合金的摩擦学特性研究[J]. 黄学文,董光能,王慧,周仲荣,谢友柏. 摩擦学学报. 2002(06)
[8]相变伪弹性对NiTi合金多相流损伤的影响[J]. 柳伟,郑玉贵,饶光斌,姚治铭,柯伟. 金属学报. 2002(02)
[9]国军标砂尘试验中的砂尘浓度[J]. 吴彦灵. 环境技术. 1999(04)
[10]Ni-Ti合金耐磨性研究[J]. 金嘉陵,王宏亮. 金属学报. 1988(01)
博士论文
[1]Ti-Ni合金涂层的制备及抗空蚀性能研究[D]. 林秋生.广东工业大学 2014
[2]PVD氮化物涂层的冲蚀磨损特性及机理的研究[D]. 吴凤芳.山东大学 2011
硕士论文
[1]钛合金叶片抗砂粒冲蚀性能研究[D]. 高骏冬.南京航空航天大学 2016
[2]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[D]. 王英芹.太原理工大学 2011
[3]喷动床内气固两相流体流动数值模拟[D]. 黄明辉.西北大学 2009
本文编号：3389822
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TiN涂层晶体结构
热弹性马氏体相变所需的驱动力很小，相变滞后小。图1-2说明了形状记忆合金发生形状记忆效应和超弹性的条件及晶体结构的变化。其中，MS、Mf、AS和Af分别为马氏体相变开始、结束温度和奥氏体相变开始、结束温度。
要参数如下表2-3所示，由于TiN涂层属于反应溅射，故量（氩氮比）。Ti和TiN的衬底温度均为200℃，TiNi涂层以促进涂层在基片上的沉积，减少涂层缺陷，提高结合的TiNi非晶涂层晶化。表 2-3 磁控溅射工艺参数Tab. 2-3 Parameters of magnetron sputtering process30SCCM 工作气压 0.36pa10SCCM 或 0 靶基距 80mm100W 衬底偏压 50V及参数采用空军工程大学的砂尘冲蚀试验系统，如下图 2-2 所用螺杆进砂装置精确控制砂尘的流量，可通过参数调整环境。
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC4钛合金与多层TiN/Ti涂层的砂尘冲蚀损伤试验[J]. 曹鑫,王冠,何卫锋,张翼飞,何光宇,杨竹芳. 航空动力学报. 2016(09)
[2]DLC、TiN涂层对TC4钛合金抗砂尘冲蚀性能的影响[J]. 曹鑫,何卫锋,何光宇,廖斌,张虹虹,李应红. 中国表面工程. 2016(04)
[3]电弧离子镀方法制备的Ti/TiN多层膜的结构与耐腐蚀性能[J]. 宋贵宏,娄茁,李锋,陈立佳. 中国有色金属学报. 2012(02)
[4]Ti-Ni低温超音速火焰喷涂层及激光处理后的特征[J]. 周克崧,邓春明,邓畅光,刘敏. 材料保护. 2009(08)
[5]钛合金叶片防护涂层研究——十五科研项目工作总结[J]. 吴小梅,李伟光,陆峰. 装备环境工程. 2006(03)
[6]冲蚀磨损研究的进展[J]. 马颖,任峻,李元东,陈体军,李炳. 兰州理工大学学报. 2005(01)
[7]超弹Ti-Ni合金的摩擦学特性研究[J]. 黄学文,董光能,王慧,周仲荣,谢友柏. 摩擦学学报. 2002(06)
[8]相变伪弹性对NiTi合金多相流损伤的影响[J]. 柳伟,郑玉贵,饶光斌,姚治铭,柯伟. 金属学报. 2002(02)
[9]国军标砂尘试验中的砂尘浓度[J]. 吴彦灵. 环境技术. 1999(04)
[10]Ni-Ti合金耐磨性研究[J]. 金嘉陵,王宏亮. 金属学报. 1988(01)
博士论文
[1]Ti-Ni合金涂层的制备及抗空蚀性能研究[D]. 林秋生.广东工业大学 2014
[2]PVD氮化物涂层的冲蚀磨损特性及机理的研究[D]. 吴凤芳.山东大学 2011
硕士论文
[1]钛合金叶片抗砂粒冲蚀性能研究[D]. 高骏冬.南京航空航天大学 2016
[2]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[D]. 王英芹.太原理工大学 2011
[3]喷动床内气固两相流体流动数值模拟[D]. 黄明辉.西北大学 2009
本文编号：3389822
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