工业纯钛TA2离子渗氮后的组织结构与真空摩擦磨损性能研究

发布时间：2018-01-31 07:23

  本文关键词： 工业纯钛TA 离子渗氮 组织结构 真空摩擦学 磨损　出处：《稀有金属材料与工程》2015年01期 　论文类型：期刊论文

【摘要】：为研究工业纯钛TA2经离子渗氮技术处理后的真空摩擦磨损性能,利用光学显微镜、白光三维形貌仪、X射线衍射仪和显微硬度计分别对渗氮前后材料的微观结构、表面形貌及表面粗糙度、相组成和硬度进行表征。采用真空摩擦磨损试验机对TA2渗氮前后的摩擦磨损性能测试后,使用白光三维形貌仪、扫描电镜及其附带能谱仪分析磨痕的表面形貌及磨痕表面的元素组成。结果表明:离子渗氮后,TA2表面形成的渗氮层主要由Ti N、Ti2N和α-Ti(N)等硬质相组成,厚度约为80μm,且表面HV硬度由1.40 GPa提升至12.60 GPa;离子渗氮处理使TA2在真空环境中的摩擦系数和磨损体积显著降低,从而有效减摩抗磨;然而在大气条件下,渗氮层的形成导致材料的摩擦系数和耐磨性均显著提高;此外,离子渗氮后材料的磨损机制也发生显著改变:在大气条件下,渗氮后样品的磨损机制由原始样品的磨料磨损、塑性形变及轻微粘着磨损共同作用转化为严重塑性形变、粘着磨损和材料转移,而在真空环境中,原始样品表面主要发生了粘着磨损、塑性形变同时伴有轻微的磨料磨损,而渗氮后材料磨损机制则为磨料磨损。
[Abstract]:In order to study the vacuum friction and wear properties of industrial pure titanium TA2 treated by ion nitriding technology, optical microscope and white light three-dimensional topography were used. The microstructure, surface morphology and surface roughness of the materials before and after nitriding were investigated by X-ray diffractometer and microhardness tester, respectively. The phase composition and hardness were characterized. The tribological and wear properties of TA2 before and after nitriding were tested by vacuum friction and wear tester. Scanning electron microscopy (SEM) and attached energy spectrometer (EDS) were used to analyze the surface morphology and elemental composition of wear marks. The results showed that the nitriding layer formed on the surface of TA2 after ion nitriding was mainly composed of tin. Ti2N, 伪 -TiN) and other hard phases, the thickness is about 80 渭 m, and the hardness of HV on the surface is raised from 1.40 GPa to 12.60 GPA. Ion nitriding treatment can reduce the friction coefficient and wear volume of TA2 in vacuum environment. However, under atmospheric conditions, the formation of nitriding layer resulted in a significant increase in the friction coefficient and wear resistance of the material. In addition, the wear mechanism of the nitriding material also changed significantly: under atmospheric conditions, the wear mechanism of the nitriding samples was from the abrasive wear of the original sample. Plastic deformation and slight adhesion wear change into severe plastic deformation, adhesion wear and material transfer, while in vacuum environment, adhesion wear occurs mainly on the surface of the original sample. Plastic deformation is accompanied by slight abrasive wear, while the wear mechanism of nitrided materials is abrasive wear.
【作者单位】： 中国地质大学(北京)国土资源部深部地质钻探技术重点实验室;中国铁道科学研究院金属及化学研究所;清华大学;
【基金】：北京自然科学基金(3132023) 国家自然科学基金(51275494) 中央高校基本业务费(2012ZY51) 清华大学摩擦学国家重点实验室开放基金(SKLTKF11B04)
【分类号】：TG156.82;TG146.23
【正文快照】： 在空间环境下,尤其是高真空条件下2个对磨材料表面的吸附气体、污染物和氧化膜会被部分或全部去除,使清洁表面直接接触,造成真空摩擦磨损行为迥异于大气摩擦磨损[1-4]。钛及其合金由于其密度低、比强度高、耐腐蚀性能好等优点,已成为航空航天领域(在真空环境使用)的重要结构材

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 郭纯;陈建敏;姚润钢;周健松;俞友军;;钛在模拟空间环境下的摩擦学性能[J];中国表面工程;2012年03期

2 李朋;韩冰;李秀明;刘伟民;;轻合金真空摩擦学研究进展[J];材料导报;2009年23期

3 李秀燕,唐宾,潘俊德,刘道新,徐重;Ti6Al4V无氢离子渗氮摩擦学性能的研究[J];稀有金属材料与工程;2003年07期

4 刘勇,杨德庄,何世禹,武万良;TC4合金的磨损率及磨损表面层的显微组织变化[J];稀有金属材料与工程;2005年01期

5 周锋;傅迎庆;高阳;;热等离子束照射工业纯钛快速渗氮制备表面氮化层[J];稀有金属材料与工程;2007年S2期

6 王快社;马宏刚;王文;郭椺;;TA2工业纯钛表面搅拌摩擦加工组织及性能[J];稀有金属材料与工程;2011年09期

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 胡宗纯;谢发勤;柳永康;吴向清;;钛合金表面等离子体电解氮碳共渗的研究[J];材料导报;2008年04期

2 李朋;韩冰;李秀明;刘伟民;;轻合金真空摩擦学研究进展[J];材料导报;2009年23期

3 秦林,唐宾,刘道新,徐重;钛合金Ti6Al4V表面Mo-N改性层的摩擦性能研究[J];稀有金属材料与工程;2005年09期

4 卫中山;王珉;张明;丁文江;;TC4钛合金的微动疲劳行为研究[J];稀有金属材料与工程;2006年07期

5 周锋;傅迎庆;高阳;;热等离子束照射工业纯钛快速渗氮制备表面氮化层[J];稀有金属材料与工程;2007年S2期

6 姚小飞;谢发勤;韩勇;赵国仙;吴向清;;温度对TC4钛合金磨损性能和摩擦系数的影响[J];稀有金属材料与工程;2012年08期

7 姚小飞;谢发勤;韩勇;赵国仙;吴向清;;TC4合金和P110油管钢摩擦磨损性能的比较[J];稀有金属材料与工程;2012年09期

8 姚小飞;谢发勤;王毅飞;吴向清;;TC4钛合金表面镀Cu摩擦磨损性能的研究[J];稀有金属材料与工程;2012年12期

9 王艳;周仲荣;;TC4合金冲击磨损性能与机制的研究[J];润滑与密封;2009年06期

10 秦林;李哲;赵琪;唐宾;;TC4合金等离子钼基合金化改性层摩擦磨损性能研究[J];热加工工艺;2011年04期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 闫镇威;张永振;邱明;杨建恒;;高速条件下Ti-6Al-4V干摩擦特性及其热行为研究[A];2006全国摩擦学学术会议论文集（一）[C];2006年

2 佘丁顺;岳文;付志强;王成彪;申灏;刘家浚;;工业纯钛TA2离子渗氮后的组织结构与真空摩擦磨损性能研究[A];第十一届全国摩擦学大会论文集[C];2013年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 王艳;Ti6A14V合金及其改性层的冲击磨损行为研究[D];西南交通大学;2011年

2 佟宇;纯钛铸件表面氮化处理的实验研究[D];第四军医大学;2009年

3 徐照英;类金刚石（DLC）多层薄膜残余应力调控及其机械性能研究[D];西南交通大学;2013年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 武万良,王振廷,孙俭峰;钛基复合材料激光熔覆层显微组织及其强化机制[J];中国表面工程;2005年04期

2 屠振密;朱永明;李宁;胡会利;于元春;;钛及钛合金表面金属电沉积的预处理问题[J];中国表面工程;2010年01期

3 郭纯;陈建敏;周健松;赵杰荣;周惠娣;;Ti-6Al-4V激光重熔结构及摩擦学性能[J];中国表面工程;2011年03期

4 马国政;徐滨士;王海斗;司红娟;;空间固体润滑材料的研究现状[J];材料导报;2010年01期

5 郭纯;周健松;安宇龙;俞友军;周惠娣;陈建敏;;纯钛表面激光硼化及其摩擦学性能[J];材料科学与工程学报;2009年05期

6 曾鹏,胡社军,谢光荣,黄拿灿,吴起白;低能离子束轰击对Ti和Ti-N膜组织与性能的影响[J];稀有金属材料与工程;2002年03期

7 张新平,于思荣,夏连杰,何镇明;钛及钛合金在牙科领域中的研究现状[J];稀有金属材料与工程;2002年04期

8 于振涛,杨琳,吴玮璐,李东,邓炬;一种钛合金冷拉伸用润滑涂层研制[J];稀有金属材料与工程;2003年03期

9 李秀燕,唐宾,潘俊德,刘道新,徐重;Ti6Al4V无氢离子渗氮摩擦学性能的研究[J];稀有金属材料与工程;2003年07期

10 刘勇,杨德庄,何世禹,武万良;TC4合金的磨损率及磨损表面层的显微组织变化[J];稀有金属材料与工程;2005年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 田永生;钛合金表面激光硼碳氮合金化层的组织结构与耐磨性能研究[D];山东大学;2006年

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1 卢金生;深层可控离子渗氮技术及其在齿轮中的应用[J];机械工人;2002年04期

2 赵程;活性屏离子渗氮技术的研究[J];金属热处理;2004年03期

3 杨莉,杨涟,周吉智;离子渗氮对2Cr13钢疲劳性能的影响[J];热加工工艺;2004年03期

4 杜永均;周学勇;;齿轮小间隙表面离子渗氮新工艺[J];金属热处理;2011年01期

5 T.Bell;C.X.Li;顾剑锋;;材料的活性屏等离子渗氮[J];热处理;2012年01期

6 ;我国第一台离子渗氮工艺与设备的微机自控装置在武汉诞生[J];国外金属热处理;1986年01期

7 罗时雨;;氨气预处理对离子渗氮速度的影响[J];金属热处理;1987年03期

8 胡荣清;;离子渗氮的生产应用[J];金属热处理;1987年04期

9 LEBRUN Jean—Paul;曹敏达;;离子渗氮技术的发展与工业应用[J];国外金属热处理;1988年04期

10 陈方生,王成国,亓永新,庄绪峰;稀土在离子渗氮中的氧化对催渗效果的影响[J];热加工工艺;2000年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 赵程;赵慧丽;侯俊英;;活性屏离子渗氮过程中的粒子形貌与结构研究[A];第六届全国表面工程学术会议暨首届青年表面工程学术论坛论文集[C];2006年

2 赵程;赵慧丽;侯俊英;;活性屏离子渗氮过程中的粒子形貌与结构研究[A];第六届全国表面工程学术会议论文集[C];2006年

3 卢金生;顾敏;王红伟;;离子渗氮用脉冲电源的研制[A];首届中国热处理活动周论文集[C];2002年

4 江虹;周旷;周松流;樊波平;;内燃机活塞环的等离子渗氮[A];湖北省第九届热处理年会论文集[C];2004年

5 秦向群;张兵华;张铁成;;7Mn15Cr2Al3V2WMo钢离子渗氮工艺的试验研究[A];第九次全国热处理大会论文集（一）[C];2007年

6 林义民;梁爱民;徐洮;薛群基;;温度对1Cr18Ni9TiYg氏体不锈钢脉冲直流等离子渗氮的影响[A];甘肃省化学会成立六十周年学术报告会暨二十三届年会论文集[C];2003年

7 佟宇;郭天文;娄芬丽;;辉光等离子渗氮对铸造纯钛表面性能的影响[A];第六次全国口腔修复学学术会议论文摘要汇编[C];2009年

8 李星亮;岳文;王成彪;高晓成;王松;刘家浚;;无硫磷有机钨添加剂作用下离子渗氮轴承钢的摩擦学性能研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年

9 杨剑群;刘勇;叶铸玉;;2Cr13钢离子渗氮层在真空中脂润滑条件下摩擦学行为[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

10 李孔军;刘锦云;金应荣;;纯氮气氛下铜制活性屏离子渗氮的研究[A];第八届全国表面工程学术会议暨第三届青年表面工程学术论坛论文集（六）[C];2010年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 钟厉;纯氮离子渗氮新工艺及离子渗氮机理研究[D];重庆大学;2004年

2 刘志权;纯铁表面离子渗氮层显微组织及氮化物的高分辨电子显微镜研究[D];大连海事大学;2000年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 赵慧丽;活性屏离子渗氮的机理及应用基础研究[D];青岛科技大学;2005年

2 赵良峰;00Cr12Ni9Mo4Cu2Ti马氏体时效不锈钢的离子渗氮及其组织性能研究[D];浙江大学;2008年

3 吴雪敏;不锈钢空心阴极辅助离子渗氮工艺研究[D];大连海事大学;2009年

4 孙宇飞;不锈钢离子渗氮模型[D];大连海事大学;2007年

5 陈丛民;空心阴极辅助离子渗氮研究[D];大连海事大学;2007年

6 张思思;20CrMnTi离子渗氮及稀土催渗组织性能研究[D];武汉科技大学;2012年

7 马夺;直流脉冲空心阴极离子渗氮研究[D];大连理工大学;2013年

8 李景才;42CrMo钢离子渗氮新技术研究[D];常州大学;2014年

9 韩莉;活性屏快速离子渗氮技术的研究[D];青岛科技大学;2008年

10 王礼银;奥氏体不锈钢活性屏离子渗氮的研究[D];青岛科技大学;2007年

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