论文部分内容阅读
钛合金（如TC4）由于具有良好的生物相容性、力学性能、耐蚀性和加工性能,并且价格比贵金属低廉,因此在航空航天、化工、生物医学、船舶等领域得到了大量的应用。但由于钛合金的硬度低、耐磨性差,其进一步的使用受到了很大的限制。本课题采用双辉等离子渗技术,在TC4钛合金表面先渗氮后氮氧共渗改性处理,寻求改善TC4合金耐磨性差的问题。所制改性层由渗氧沉积层、渗氮沉积层和扩撒层组成。采用扫描电镜（SEM）观察改性层表面形貌和磨痕形貌,X射线衍射（XRD）检测改性层结构,能谱仪（EDS）分析改性层的元素的种类与含量,纳米压痕仪和自动划痕仪研究改性层的纳米硬度和膜基结合强度,球-盘摩擦磨损试验来评价改性层的耐磨性能。结果表明:（1）研究工作气压、氮氧流量比、工作电压、保温时间对改性层的影响,最佳氮氧共渗的工艺参数如下:源极电压800V、工件电压425V、工作气压35Pa、极间距15mm、氮氧流量比8:1、保温时间3h。（2）最佳工艺参数下氮氧共渗后,TC4钛合金表面获得TiN和TiO2双相结构的改性层。改性层总厚度为10μm,元素含量呈梯度分布,由沉积层和扩散层组成。最外层为TiO2相,纳米硬度和弹性模量分别为8.7GPa和181.5GPa,而分别是基体的2.36倍和1.5倍。改性层表面较光滑、粗糙度小,改性层和基体之间的结合强度大小在52.9MPa左右。（3）球-盘摩擦磨损实验表明:在不同的载荷、速度、摩擦副条件下,改性层均有效的提高了TC4合金的耐摩擦磨损性能。相比于基体,改性层的摩擦系数、磨损面积显著下降。其主要磨损机制由粘着磨损、磨粒磨损、剥层磨损。