纳米氧化物对TC4合金磨损行为的影响

发布时间：2017-07-02 16:26

  本文关键词：纳米氧化物对TC4合金磨损行为的影响，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：钛合金因具有优异的综合力学性能而广泛应用于各个领域,但因其具有较低的硬度和较高的摩擦系数而限制其在摩擦磨损领域中的应用。因此,研究钛合金的磨损性能具有重要的理论意义和应用价值。本文通过添加纳米氧化物颗粒来改善TC4合金的耐磨性。研究了TC4合金在不同氧化物类型、粒径、配比以及载荷条件下的磨损行为,利用XRD、SEM和EDS等微观检测手段对钛合金的摩擦表面和剖面的成分、结构、形貌以及氧化物层的特征进行检测和分析,并通过不同配比实验研究了摩擦层的形成过程和作用,并探讨了钛合金的磨损机理。研究结果表明:添加的纳米氧化物颗粒对TC4合金磨损率具有显著影响,在10-50N范围内,Fe2O3≥50%时磨损率最低,其次为未添加时的,而TiO250%时磨损率均较高。在不同纳米氧化物添加情况下,磨损率随载荷的变化呈现不同的趋势,其中Fe2O3≥50%时增幅几乎为零,而TiO2=80%时增幅最为剧烈。不同配比氧化物数据表明:Fe2O3≥50%的磨损率远远低于TiO250%的磨损率。可见,添加以Fe2O3为主(≥50%)纳米氧化物可以明显改善钛合金的耐磨性。研究发现,在不同氧化物添加条件下,磨面上形成的含氧化物的摩擦层的特征也不同,Fe2O3≥50%时,氧化物层较为致密且均匀覆盖在磨面上,此时摩擦率极低,具有显著减磨的作用;而无添加和TiO250%时磨面存在团聚状的大颗粒或磨屑,它们在磨损过程中充当第三体磨粒起犁削磨面的作用,故对磨损保护并未起任何作用,相反加速磨损。因此,可以验证在钛合金/钢滑动体系中磨面产生的两种氧化物Fe2O3和TiO2作用不同,前者起保护作用,而后者作为磨粒加速磨损。TC4合金的磨损机制随添加的氧化物的变化而变化。添加TiO250%时,TC4合金的磨损机制与未添加氧化物颗粒时的相类似,呈现严重磨损,以磨粒磨损和粘着磨损为主要磨损机制;添加TiO2≤50%时,呈现轻微磨损,以氧化轻微磨损机制为主;而在50%Fe2O3+50%TiO2,50N下,磨损机制发生轻微-严重磨损转变。
【关键词】：纳米氧化物颗粒 TC4合金 严重-轻微磨损转变 压实颗粒层 致密度 磨损机理
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 选题目的及意义10-11
• 1.2 钛及钛合金11-14
• 1.2.1 钛及钛合金的概述11
• 1.2.2 钛合金的显微组织11-13
• 1.2.3 钛合金的性能及其应用13-14
• 1.3 金属的主要磨损分类14-20
• 1.3.1 磨料磨损14-15
• 1.3.2 粘着磨损15-17
• 1.3.3 氧化磨损17-20
• 1.4 钛合金摩擦磨损的研究20-25
• 1.4.1 钛合金磨损概述20
• 1.4.2 钛合金干滑动摩擦磨损的研究20-22
• 1.4.3 钛合金耐磨性改善的研究22-25
• 1.5 主要研究内容25-26
• 第二章 实验方法26-31
• 2.1 实验材料及热处理26-27
• 2.1.1 实验材料选择26
• 2.1.2 热处理工艺及显微组织26-27
• 2.2 干滑动摩擦磨损实验27-30
• 2.2.1 试样制备27-28
• 2.2.2 磨损实验过程及参数28-30
• 2.3 性能测试及微观分析30-31
• 2.3.1 硬度30
• 2.3.2 微观分析30-31
• 第三章 氧化物颗粒下TC4合金的磨损行为及特征分析31-41
• 3.1 氧化物颗粒下TC4合金的磨损率31-32
• 3.2 氧化物颗粒下TC4合金摩擦表面的结构分析32-33
• 3.3 氧化物颗粒下TC4合金摩擦表面的形貌特征以及EDS成分分析33-36
• 3.3.1 氧化物颗粒下TC4合金摩擦表面形貌分析33-34
• 3.3.2 氧化物颗粒下TC4合金摩擦表面的EDS元素分析34-36
• 3.4 氧化物颗粒下TC4合金磨损亚表面的形貌分析36-38
• 3.5 氧化物颗粒下TC4合金的磨损行为与磨面特征的关系38-39
• 3.6 本章小结39-41
• 第四章 含氧化物颗粒的摩擦层的形成及作用41-59
• 4.1 不同配比Fe2O3和TiO2的磨损率对比分析41-42
• 4.2 不同配比Fe2O3和TiO2的磨损特征对比分析42-48
• 4.2.1 摩擦表面物相对比分析42-43
• 4.2.2 摩擦表面形貌对比分析43-46
• 4.2.3 磨损剖面形貌对比分析46-48
• 4.3 钛合金摩擦层的形成及作用48-54
• 4.3.1 TC4钛合金磨面摩擦层的形成49-52
• 4.3.2 TC4钛合金磨面摩擦层的作用52-54
• 4.4 钛合金的磨损机理54-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 结论59-61
• 参考文献61-67
• 致谢67-68
• 硕士期间发表论文68

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