钛合金表面等离子渗Mo摩擦行为的研究

【摘要】：钛合金(如Ti6Al4V)具有一系列优点,如比强度高、抗腐蚀性能好、耐热性好、生物相容性好,被广泛的应用于航空航天、生物工程、机械工程及运动器材等方面,但由于耐磨性能差,极大的限制了它们的应用范围。针对上述问题,本文采用双辉等离子表面冶金技术,在Ti6Al4V表面等离子渗Mo,以期能很好地解决钛合金耐磨性能差的问题。渗Mo改性处理后要求钛合金基体组织和性能未发生明显变化,且基体材料的力学性能损失率不大于10%。 采用正交法设计试验,研究等离子渗Mo的最佳工艺参数;用OM,SEM/EDS,XRD分析了改性层的显微组织、化学成分及其相组成,并测试了其表面的纳米硬度、表面弹性模量以及与基体的结合强度;研究了渗Mo改性层在不同温度、载荷、速度以及摩擦副条件下的摩擦磨损性能。通过分析正交试验结果,得出等离子渗Mo的优化工艺参数为:温度:T=900~950℃,源极电压:Vs=900~950V,阴极电压:Vc = 400~450V,极间距:D=15mm,气压:P=30~35Pa,时间:t=3h。在此工艺条件下渗Mo改性层的厚度约为27μm,是由表面沉积层和扩散层组成,其成分呈梯度分布,与基体为冶金结合。渗Mo改性层表面的纳米硬度为13.832GPa,弹性模量为804.27GPa,分别约为基体的4倍和5倍。表面XRD衍射结果表明,沉积层以(Ti,Al8,Mo,V)为主,还有少量的AlTi2相存在。球-盘磨损试验表明,渗Mo改性层的摩擦系数较基体降低幅度不大,而磨损体积、比磨损率均较基体均有大幅度下降,因此耐磨性得到了很大的提高。拉伸试验表明,等离子渗Mo后试样的抗拉强度较基体下降约2.97%,断口处改性层与基体结合良好,没有出现裂纹和起层等现象。