在海水、高温环境下钛合金TC11的微动磨损及表面改性研究

发布时间：2017-09-01 01:39

  本文关键词：在海水、高温环境下钛合金TC11的微动磨损及表面改性研究

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【摘要】：近似紧配合表面间常发生微米数量级的振幅运动称为微动，这种周期性小振幅振动造成的损伤即微动磨损。微动现象在各种交通运输工具及工业设备中不可避免。钛合金对微动磨损非常敏感，限制了它在航空航天及工业等领域的进一步应用。本文通过表面改性技术来改善不同工况中钛合金的微动磨损问题，为其实际应用提供可行的防护方案。 首先对TC11钛合金进行不同表面改性实验（微弧氧化、N+离子注入、类金刚石多层碳膜），得到改性膜层，利用X射线衍射分析（XRD）、Raman光谱分析、扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）对改性膜层的相组成和微结构进行研究。在模拟海水/纯水介质以及150℃高温/室温环境下，采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机对TC11及其改性膜层进行了不同实验参数下的微动磨损研究，再通过形貌仪和超景深显微镜对磨损量及磨痕形貌进行观察，评价TC11合金及改性膜层的微动磨损性能。研究结果如下： 1.海水中TC11可形成特殊减摩膜层降低摩擦系数，磨损量低于纯水中的数值，表明腐蚀作用可一定程度上抑制微动磨损，腐蚀磨损呈负交互规律。150℃环境下的微动磨损较室温严重。 2. MAO涂层主要由锐钛矿型和金红石型TiO2相组成，表面粗糙多孔，初始阶段摩擦系数较高，但抗微动磨损性能优于基体，磨损量小且表面微孔结构仅部分消失，细小磨屑进入孔隙还能起到一定润滑作用。 3.离子注入N+后形成TiN等氮化物，表面硬度显著提高，注入时的强化效应及压应力均有益于提高抗微动磨损性能。 4. DLC多层膜表面硬度高且膜基结合致密，可有效屏蔽海水和氧气渗入，隔绝腐蚀环境影响并有效抑制氧化磨损。多层膜结构降低了膜层脱落几率，大幅减少磨粒磨损。此外磨屑中还存在石墨形式的碳，能有效降低摩擦系数，抗微动磨损效果最优异。
【关键词】：钛合金TC11 微动磨损 海水 高温 微弧氧化 离子注入 DLC多层膜
【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】：2013
【分类号】：TH117;TG178
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 微动摩擦学概述13-15
• 1.1.1 基本概念13-14
• 1.1.2 微动分类14
• 1.1.3 微动具体实例14-15
• 1.2 微动磨损理论15
• 1.3 钛合金的微动磨损问题15-16
• 1.4 国内外的研究现状16-19
• 1.5 本文选题意义19
• 1.6 实验方法19-21
• 第二章 表面改性层的制备及其表面分析21-29
• 2.1 微弧氧化处理21-23
• 2.1.1 微弧氧化设备及原理21-22
• 2.1.2 微弧氧化膜制备工艺流程与参数22
• 2.1.3 膜层形貌和元素22-23
• 2.2 离子注入23-25
• 2.2.1 离子注入基本原理23-24
• 2.2.2 离子注入 N+24-25
• 2.3 DLC 多层膜25-29
• 2.3.1 DLC 膜技术发展25
• 2.3.2 DLC 膜性能及其存在的问题25-28
• 2.3.3 DLC 多层膜的发展28-29
• 第三章 海水和纯水环境下的微动磨损行为29-58
• 3.1 海水环境及其影响29-44
• 3.1.1 载荷对微动磨损行为的影响30-34
• 3.1.2 频率对微动磨损行为的影响34-37
• 3.1.3 位移幅对微动磨损行为的影响37-41
• 3.1.4 时间对微动磨损行为的影响41-44
• 3.2 纯水环境及其影响44-57
• 3.2.1 载荷对微动磨损行为的影响45-48
• 3.2.2 频率对微动磨损行为的影响48-51
• 3.2.3 位移幅对微动磨损行为的影响51-54
• 3.2.4 时间对微动磨损行为的影响54-57
• 3.3 本章小结57-58
• 第四章 高温及室温环境下的微动磨损行为58-86
• 4.1 高温环境及其影响58-72
• 4.1.1 载荷对微动磨损行为的影响58-62
• 4.1.2 频率对微动磨损行为的影响62-65
• 4.1.3 位移幅对微动磨损行为的影响65-68
• 4.1.4 时间对微动磨损行为的影响68-72
• 4.2 室温环境及其影响72-84
• 4.2.1 载荷对微动磨损行为的影响72-75
• 4.2.2 频率对微动磨损行为的影响75-78
• 4.2.3 位移幅对微动磨损行为的影响78-81
• 4.2.4 时间对微动磨损行为的影响81-84
• 4.3 本章小结84-86
• 第五章 总结与展望86-88
• 5.1 本文主要工作及总结86-87
• 5.2 工作展望87-88
• 参考文献88-91
• 致谢91-92
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文92

【参考文献】

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本文编号：769202