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《太原理工大学》 2012年
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纯钛表面等离子Ni合金化工艺及摩擦磨损性能研究

王泽莹  
【摘要】:钛及钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀性好等优良特性,在航空航天、汽车、生物医学等各个工业领域具有广阔的应用前景。但钛合金硬度低,导热性差,摩擦中易发生粘着磨损和微动损伤,这些问题使其在实际应用中受到较大的限制。为改善纯钛的摩擦学性能,本文采用等离子表面合金化技术在纯钛表面渗入镍元素,形成含镍合金层。 研究表明纯钛中加入镍可以有效地提高机械强度,增强其耐磨性。近等原子比TiNi合金本身具有良好的韧性、延展性及耐磨性,而且在富Ti的TiNi合金的固溶过程中会析出Ti2Ni相,包含有析出相Ti2Ni的TiNi合金具有更好的耐磨性。 本文研究了纯钛表面等离子Ni合金化的工艺参数并分析了典型工艺下的合金层成分、组织、物相结构及硬度。采用球盘磨损实验研究分析了典型工艺下Ni合金化试样的滑动干摩擦磨损性能,同时对比分析了不同工艺下Ni合金化试样的磨损性能。采用德国油脂公司(optimol)产的SRV-IV微振动摩擦磨损试验机对典型工艺下Ni合金化试样的微动磨损性能进行了测试分析,并对比研究了不同载荷、不同频率及不同位移幅值对Ni合金化试样磨损性能的影响。针对这两种磨损试验,分别探讨了相应的磨损机理。 研究结果表明: 1.纯钛表面等离子Ni合金化的典型工艺为:源极电压:600-800V,阴极电压:450-550V,工作气压:35Pa,保温温度:810℃,保温时间:3h,极间距:18mm。 2.典型工艺下制备的Ti-Ni合金层均匀致密,厚度约为30μm,表面Ni含量最高值可达43%,稳定之后含量平均值约为30%;XRD分析合金层主要由TiNi、Ti2Ni、Ti相组成;合金层表面最高硬度值约为570HV,比基体提高近1倍;合金层成分呈梯度变化趋势。 3.采用典型工艺制备的Ni合金化试样的干滑动摩擦磨损性能最优。与纯钛基体相比,Ni合金化试样的摩擦系数降低,耐磨性提高,磨损机制主要表现为粘着磨损,而基体的磨损机制主要为磨粒磨损,伴有一定量的粘着磨损和氧化磨损。 4.在微动磨损过程中,采用典型工艺制备的Ni合金化试样的摩擦系数显著降低,耐磨性能得到改善,磨损机制主要表现为磨粒磨损,而基体既有磨粒磨损,又有粘着磨损,还伴有微动疲劳损伤的特征; 5.不同载荷、不同频率和不同位移幅值下Ni合金化试样的微动磨损实验表明:摩擦系数随着载荷的增大而增大,随着频率的增大而增大,随着位移幅值的增大而增大。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TG174.44

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