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《西北工业大学》 2005年
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钛合金表面离子束辅助沉积耐磨、抗蚀性膜层研究

唐长斌  
【摘要】:钛合金因其具备高的比强度、优异的耐腐蚀性能、较好的高温强度等特点,在航空工业中得到了广泛应用。然而,钛合金耐磨性能差,由此影响了钛合金摩擦副零部件的使用寿命和安全可靠性。本文以改进钛合金表面耐磨性能为目标,采用无氢脆隐患,且可以在难镀金属材料表面获得较高结合强度镀层的离子束辅助沉积(IBAD)技术和闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术为膜层制备手段,制备了几种有特殊应用背景的合金膜层和润滑非金属膜层,研究了各膜层的基本特性和摩擦学性能,拟为航空工程应用提供依据。研究的合金膜层主要包括Cr与CrMo合金、OCr18Ni9、CuNi合金、QA19-4铝青铜和NiCr合金;非金属膜层包括类石墨碳膜和MoS_2-Ti复合膜层(MoST膜层)。分别利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜(SEM)、辉光放电光谱仪和显微硬度计等分析和测试了膜层的结构、形态、成分分布、硬度和膜基结合强度,利用球-盘磨损试验机和电化学综合测试仪研究了膜层的摩擦学性能和电化学腐蚀特性。所取得的土要研究结果如下: 1) IBAD方法可以在易钝化材料钛合金表面制备膜基结合强度高、结晶致密、晶粒尺寸达纳米量级的Cr膜层、CrMo合金膜层、OCr18Ni9不锈钢膜层、NiCr20膜层、CuNi62膜层、CuNi38膜层和QAl9-4膜层,膜层硬度分别约为HK2410、HK2000~2300、HK900~1100、HK 820、HK780、HK675和HK540,显著提高了TC4表面的耐磨性能。Cr膜层、CuNi38膜层和QA19-4膜层既具有抗磨作用,同时也具有减摩作用;而其余膜层仅具有抗磨作用。 2) IBAD Cr膜层、CrMo合金膜层、OCr18Ni9不锈钢膜层、NiCr20膜层对钛合金基体属阴极性膜层,膜层本身均具有很好的耐CT介质环境电化学腐蚀性能.同时与TC4钛合金基体之间有较好的接触腐蚀相容性。IBAD CuNi合金膜层和QA19-4膜层对基材TC4为阴极性膜层,膜层与钛合金在CT介质环境中电化学接触是相容的。 3) IBAD方法制备的OCr18Ni9不锈钢膜层、NiCr20膜层和QA19-4膜层,具有一定韧性,而Cr膜层、CrMo合金膜层及CuNi62膜层韧性较差。 4) IBAD制备的碳膜表面平整,晶粒均匀细小,是以Sp~2为主的类石墨碳膜。膜基复合硬度为1377(HK_(10g)),硬度高、摩擦系数低的特性使得膜层具有优良的摩擦磨损性能。但碳膜在350℃下的摩擦学性能下降。碳膜层对于钛合金基体属于阳极性膜层,该膜层与钛合金在CT介质环境中电化学接触是相容的。 5) 非平衡磁控溅射离子镀制备的MoST膜层结晶均匀、细致,结合强度和硬度高,随其沉 西北「业人学硕十学位论文摘要 巴曰目巴日巴巴巴二曰留日.,巴巴巴留粤巴.口巴.男笋曰公招曰留留吕目留留,里巴盔留目=,二日巴巴息巴巴巴巴巴巴巴二留留.巴巴二二二留巴二二,巴留侣留留翻吕曰巴攀巴留吕 积Ti含量的增大,膜层硬度增加,但韧性降低。MoST膜层对于钦合金基体具有明显的减摩作用, 摩擦系数为O,10一0.15。MOST膜层的高硬度使其抗磨,优良的减摩性能使其具有优良的耐磨性 能。MoST膜层自身在CI一介质环境中耐蚀,其自腐蚀电位随Ti含量增加而升高。MoST膜层对 于钦基体为阴极性膜层,膜层与钦合金在Cl一介质环境中电化学腐蚀接触相容性好。 6)研究Ni、Ti、C:作界面层对IBAO CuNi62膜层结合强度的影响作用表明,在综合考虑膜 基结合强度和膜层韧性的条件卜,使用Ti作为界面层为最优选择。 关键词〕:钦合金;摩擦磨损;离子束辅助沉积:非平衡磁控溅射离子镀;电化学腐蚀:合金膜 层;!司体润滑膜层
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TG174.4

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【引证文献】
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