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《南京航空航天大学》 2011年
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微合金化和复合化对纳米晶Ti_5Si_3涂层性能影响的研究

刘林林  
【摘要】:钛合金以其密度低、比强度高、生物相容性好等优异特点,而被广泛应用于航空航天、石油化工、生物医药等领域,但钛合金的一些固有缺点限制了其应用范围的进一步扩大。表面改性可明显提高钛合金的相关表面性能。鉴于当前钛合金表面改性存在的诸多问题,有必要在表面技术的改进、涂层材料体系的选择、微观组织的设计等方面开展广泛而深入的研究。 采用双阴极等离子溅射沉积技术,分别以Ti_(50)Si_(50)和Ti_(45.5)Si_(45.5)C_9为靶材,在Ti-6Al-4V合金表面制备了纳米晶Ti_5Si_3和Ti_5Si_3C_(0.8)涂层。所制备涂层均匀致密,无明显缺陷,与基体结合良好。XRD结果表明,C微合金化改变了纳米晶Ti_5Si_3涂层的残余应力状态,由拉应力转变为压应力。此外,纳米晶Ti_5Si_3C_(0.8)涂层中的C固溶于Ti_5Si_3中,未改变其晶体结构,显微组织呈现出与纳米晶Ti_5Si_3涂层一致的花状结构。电化学测试表明,C的引入促进了涂层钝化膜中SiO_2的形成,减少了半导体钝化膜的施主密度,增加了空间电荷层厚度,使得纳米晶Ti_5Si_3C_(0.8)涂层具有比纳米晶Ti_5Si_3涂层更优异的电化学腐蚀性能。 在此基础上,进一步增加靶材的C含量(Ti40Si40C20),制备了TiC增强的Ti_5Si_3基纳米复合涂层(TiC/Ti_5Si_3)。XPS和TEM分析表明,纳米晶TiC/Ti_5Si_3复合涂层中,一部分C以间隙原子的形式固溶于Ti_5Si_3中,另一部分以第二相TiC的形式存在,这些TiC晶粒分布于Ti_5Si_3的花状结构之间。由于合金化和复合化的作用并存,纳米晶TiC/Ti_5Si_3复合涂层的硬度、弹性模量、断裂韧性以及与基体的结合力均明显高于纳米晶Ti_5Si_3涂层。电化学测试表明,TiC的引入增大了涂层钝化膜的施主密度和氧空位扩散系数,在一定程度上降低了纳米晶TiC/Ti_5Si_3复合涂层的腐蚀性能,但显著提高了点蚀抗力;磨损测试中,纳米晶TiC/Ti_5Si_3复合涂层具有极小的比磨损率,接近零磨损状态,表现出优异的磨损抗力,而纳米晶Ti_5Si_3涂层在磨损过程中则过早地碎裂剥落,碎裂的涂层产生磨粒磨损作用,造成涂层磨损性能的严重下降。
【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】:2011
【分类号】:TG174.445

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