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纯钛表面双层辉光离子无氢渗碳的组织结构与性能的研究

郭丽娜  
【摘要】:钛,具有比强度高、密度低、耐蚀及生物相容性好等优点,而广泛应用于航天航空、化工、生物医疗等领域。但钛的摩擦学性能差,易发生粘着磨损,影响了其结构的安全性和可靠性,限制了它的应用。如何解决此问题,一直是人们关注的问题。 已有很多表面工程技术被用来提高钛及其合金的耐磨性,同时又不影响其耐蚀性。硬质涂层、离子注入及离子氮化等技术可以明显改善钛及其合金在低载荷和低滑动速度下的摩擦性能,但此改性层在冲击载荷下易产生裂纹或剥离而失效。解决此问题的方法之一是通过增加改性层的厚度来承载在滑动摩擦过程中高的剪切应力,然而上述技术很难获得较厚的改性层,且增加改性层的厚度可能导致残余应力增加,易造成改性层剥落。 改善摩擦学性能主要体现在两个方面:一是减摩,减小材 太原理11人学硕卜研究生学位论文 料的摩擦系数:二是抗磨,提高材料的耐磨性。考虑到石耀Jl 有非常优异的减磨性,而rriC「!勺硬度非常.气,耐磨卞仁优异。我 们设想女11果在认及其合金表i}!i渗I炭形J戊游离碳和TICJ)”11玫层, 这样能满足两方面的要求,从而改善认及认合金的摩擦学性能。 但日前常川的渗碳_L艺均与氧元素有关。渗碳的同时总有氧元 素渗入到基体中,出现氢脆问题,严重影响钦材的渗碳质量。 直接表现为材料的塑性、lPJ性及抗拉强度人大卜降,在基材表 而出现裂纹、脱皮、断裂等现象。木文针对这一问题,利川双 层辉光离子无氛渗碳技术在认表i爪进行无氧渗碳。 研究结果表明基材表而可以形成50um厚的山TIC和游离 的碳组成的渗层,表而硬度达到1()()0(HV),摩擦系数降为0.25 左右。改善了基材的摩擦学性能,达到预期「!标。另外,通过 PSI 68电化学腐蚀试验的研究,证实双层辉光离子无城渗碳在 改善基材摩擦学性能的同时没有减弱其优良的耐腐蚀性。 其,},,渗碳层成分与结构形貌采川XRD、GDS、划痕仪、 金相显微镜以及硬度仪等手段进个r检测。


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