TA15合金表面Cr-Si复合渗层的制备及摩擦行为研究

发布时间：2017-10-02 14:12

  本文关键词：TA15合金表面Cr-Si复合渗层的制备及摩擦行为研究

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【摘要】：TA15合金作为一种近α型中强度钛合金,具有优异的综合力学性能和工艺性能,广泛应用于航空航天、军工及民用领域。但TA15合金硬度低、摩擦系数大、存在严重的粘着磨损和微动磨损等缺陷,极大地影响了TA15合金作为结构件的安全性和可靠性,限制了其应用发展。针对上述问题,本文采用双层辉光等离子表面冶金技术,在TA15合金表面制备Cr-Si复合渗层,以期望有效地解决其耐磨性能差的问题。TA15合金基体表面成功渗Cr后,再进行等离子渗Si处理,研究工作温度、源极电压、工作气压及保温时间对Cr-Si复合渗层的组织成分、相结构以及表面硬度的影响,确定最佳工艺参数。再者,进行球-盘摩擦磨损性能实验,着重研究在不同载荷、速度、温度、摩擦副以及环境条件下Cr-Si复合渗层的摩擦行为,并分析磨损机理。结果表明:(1)最佳等离子渗Cr的工艺参数:温度950℃,时间3.5h,气压35Pa,极间距15mm,源极电压950V,阴极电压400V;最佳等离子渗Si的工艺参数:温度950℃,时间3.5h,气压35Pa,极间距15mm,源极电压1000V,阴极电压450V。(2)最佳工艺参数下制备的Cr-Si复合渗层厚度约为40μm,成分呈梯度变化,具有沉积层和扩散层的结构特征。(3)XRD衍射结果表明,渗层物相以Si、Cr相为主,其余还含有(Cr,Si)相和(Ti,Si)相等。(4)Cr-Si复合渗层的纳米硬度为10.371GPa,弹性模量为819.23GPa,较基体分别提高了近4倍和5倍。(5)球-盘摩擦磨损实验表明,在不同载荷、速度、温度以及摩擦副的条件下,Cr-Si复合渗层的磨损均较基体轻微,摩擦系数在0.2~0.3范围内变化,较基体有明显的降低,磨损体积、比磨损率较基体相比也有大幅度减少,其主要磨损机理有磨粒磨损、氧化磨损、剥层磨损,体现了优异的耐磨性能。在模拟海水环境条件下,腐蚀介质加重了Cr-Si复合渗层的磨损行为,磨损机理以氧化磨损、腐蚀磨损以及剥层磨损多种磨损机制交替进行。
【关键词】：TA15合金 双层辉光等离子表面冶金 Cr-Si复合渗层 摩擦行为
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.44
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-15
• 第一章 绪论15-29
• 1.1 引言15
• 1.2 TA15钛合金15-17
• 1.2.1 TA15钛合金的性能15-16
• 1.2.2 TA15钛合金的应用16-17
• 1.2.3 TA15钛合金的限制17
• 1.3 摩擦及磨损17-21
• 1.3.1 摩擦及其分类17-18
• 1.3.2 摩损及其分类18-19
• 1.3.3 现状研究19-21
• 1.4 TA15钛合金表面处理技术的进展21-24
• 1.4.1 激光熔覆21-22
• 1.4.2 微弧氧化22-23
• 1.4.3 渗氧处理23
• 1.4.4 喷丸强化23-24
• 1.5 双层辉光等离子表面冶金技术24-25
• 1.5.1 基本原理24
• 1.5.2 技术优点24-25
• 1.5.3 发展趋势25
• 1.6 课题的研究背景及研究内容25-29
• 1.6.1 课题的背景25-26
• 1.6.2 可行性分析26-27
• 1.6.3 课题的研究内容27-28
• 1.6.4 技术路线28-29
• 第二章 实验材料、设备及方案29-35
• 2.1 实验材料29
• 2.2 实验设备29-30
• 2.3 实验方案30-35
• 2.3.1 渗层制备方案30-31
• 2.3.2 组织性能检测31-32
• 2.3.3 摩擦磨损试验32-35
• 第三章 TA15合金表面Cr-Si复合渗层的制备35-50
• 3.1 TA15合金表面等离子渗Cr层的制备35-39
• 3.1.1 渗Cr层的表面形貌及相结构35-36
• 3.1.2 渗Cr层的截面形貌及元素分布36-37
• 3.1.3 渗Cr层的显微硬度37-39
• 3.2 TA15合金表面等离子Cr-Si复合渗层的制备39-49
• 3.2.1 工作温度对Cr-Si复合渗层的影响39-42
• 3.2.2 源极电压对Cr-Si复合渗层的影响42-44
• 3.2.3 工作气压对Cr-Si复合渗层的影响44-46
• 3.2.4 保温时间对Cr-Si复合渗层的影响46-49
• 3.3 本章小结49-50
• 第四章 Cr-Si复合渗层的组织结构及力学性能分析50-56
• 4.1 Cr-Si复合渗层的形貌与成分50-52
• 4.2 Cr-Si复合渗层的相结构52-53
• 4.3 Cr-Si复合渗层的显微硬度53
• 4.4 Cr-Si复合渗层的结合力53-54
• 4.5 Cr-Si复合渗层的纳米压痕54-55
• 4.6 本章小结55-56
• 第五章 Cr-Si复合渗层的摩擦行为研究56-88
• 5.1 载荷因素对Cr-Si复合渗层摩擦行为的影响56-62
• 5.1.1 摩擦系数56-57
• 5.1.2 磨痕形貌57-59
• 5.1.3 磨损结果59-61
• 5.1.4 磨损机理61-62
• 5.2 速度因素对Cr-Si复合渗层摩擦行为的影响62-67
• 5.2.1 摩擦系数62-63
• 5.2.2 磨痕形貌63-64
• 5.2.3 磨损结果64-66
• 5.2.4 磨损机理66-67
• 5.3 温度因素对Cr-Si复合渗层摩擦行为的影响67-74
• 5.3.1 摩擦系数67-68
• 5.3.2 磨痕形貌68-70
• 5.3.3 磨损结果70-72
• 5.3.4 磨损机理72-74
• 5.4 摩擦副因素对Cr-Si复合渗层摩擦行为的影响74-80
• 5.4.1 摩擦系数74-75
• 5.4.2 磨痕形貌75
• 5.4.3 磨损结果75-77
• 5.4.4 机理分析77-80
• 5.5 环境因素对Cr-Si复合渗层摩擦行为的影响80-86
• 5.5.1 摩擦系数80-81
• 5.5.2 磨痕形貌81-83
• 5.5.3 磨损结果83-84
• 5.5.4 磨损机理84-86
• 5.6 本章小节86-88
• 第六章 结论88-89
• 参考文献89-96
• 致谢96-97
• 攻读硕士学位期间研究成果及发表的学术论文97

【参考文献】

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本文编号：960026