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钛合金表面镀铁工艺及镀层摩擦学性能研究

刘洪涛  
【摘要】:钛及钛合金具有抗蚀性好,塑性变形能力强,比强度高,在550℃以下抗氧化能力好,钝化能力也比较强等优点,在航空航天机械结构和化学工业等行业中得到了大量应用。但是作为重要结构件的组成材料,钛合金又有其自身的缺点:表面容易划伤、咬死,耐磨性能差,并缺乏高温耐蚀性。这些缺陷都极大地限制了钛及钛合金在工业特别在航空工业中的进一步使用。为此,本文研究了在钛及钛合金表面镀铁的方法来克服钛及钛合金的材料缺陷,提高材料表面的机械性能和高温性能。本文的主要研究内容有:①、钛合金镀前预处理工艺研制。②、不对称交直流低温镀铁电源的研制;③、低温镀铁工艺研制;④、镀后处理及镀层的微观分析与摩擦学性能研究。 本文的主要创新和研究成果体现在以下几个方面: (1) 根据镀铁工艺的特殊要求和电学的知识,设计制作出可用于钛合金基体镀铁的专用镀铁电源,经实践应用,该电源能够较好地实现镀铁工艺的要求; (2) 根据钛合金的化学特性,通过对不同预处理方式的比较,设计出较好的钛合金镀前预处理工艺规范,经测试该工艺能增加镀铁层与钛合金基体之间的结合力; (3) 通过对各种镀铁工艺的研究和对比,设计了合理的钛合金镀铁工艺,并指出了在实施工艺时的注意事项;设计了一种新的镀层结合力测试方法,并利用各种镀层结合力测试方法对镀层的结合强度进行了测试,试验结果表明,可在钛合金表面得到结合力良好的镀铁层; (4) 通过对钛合金相图的分析和对钛合金机械性能的研究,确定把镀铁层的离子氮化与钛合金基体的时效处理结合起来的综合处理工艺的工艺规范,在该工艺规范下钛合金及其镀铁层均能获得良好的加工质量; (5) 利用HV—1000T显微硬度仪、Imageview Analyse图像分析仪、自适应环块摩擦磨损试验机、Taber磨粒磨损试验机、扫描电镜等仪器对各类镀铁层表面形貌,组织结构,力学性能和摩擦学性能进行分析。试验证明:钛合金表面镀铁可以极大提高其表面硬度和耐磨性。


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