【摘 要】
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钛合金具备强度高、密度低、耐腐蚀、生物相容性好等许多优异的物理化学特性,已被广泛地应用在了航空、军工、医疗等各个方面。但是由于钛合金的硬度相对较低,耐磨性不好,制约着其应用,因此提高钛合金耐磨性能就变得尤为重要。本文采用热浸镀的工艺,使用纯铝作为镀层材料,在TC4表面形成一层钛铝镀层,又通过不同温度和时间的扩散退火处理,使得镀层和基体之间发生扩散反应。采用XRD、SEM、EDS及显微硬度仪等分析手
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钛合金具备强度高、密度低、耐腐蚀、生物相容性好等许多优异的物理化学特性,已被广泛地应用在了航空、军工、医疗等各个方面。但是由于钛合金的硬度相对较低,耐磨性不好,制约着其应用,因此提高钛合金耐磨性能就变得尤为重要。本文采用热浸镀的工艺,使用纯铝作为镀层材料,在TC4表面形成一层钛铝镀层,又通过不同温度和时间的扩散退火处理,使得镀层和基体之间发生扩散反应。采用XRD、SEM、EDS及显微硬度仪等分析手段,分析热浸镀铝后镀层组织形貌以及不同的扩散退火参数对镀层组织的影响。进行热浸镀和热扩散过程的机理分析,对扩散过程中时间和温度对扩散层厚度的影响进行分析,得出扩散动力学方程。采用MDW-2型销-盘式高速往复磨损试验机,通过摩擦磨损来探究不同扩散退火参数对镀层耐磨性的影响,分析磨损面的微观组织,并且从中选出耐磨性能较好的镀层。在此基础上,进一步研究了在不同载荷、速度条件下的钛铝镀层的磨损行为。通过以上实验得出结论如下:在750℃热浸镀铝后TC4与纯Al层间生成了一层Ti Al3组织。随着热浸时间的延长,Ti Al3组织形貌没有大的改变。厚度在热浸5min～15min范围内变化不大,约为3～4μm。在热浸20min后,镀层厚度增加了一倍,约为6μm。在850℃热浸镀铝后,镀层组织中出现了大量的Ti Al3块状物,并且随着时间的延长,Ti Al3组织在靠近基体附近变得致密,在镀层中则变得细小且分散。经过热扩散处理后,镀层中的纯Al层消失,Ti Al3组织成为了镀层的主要组成部分。在750℃温度下进行热处理,随着时间的延长,在TC4和Ti Al3层间出现了Ti Al、Ti Al2、Ti3Al等钛铝化合物,表明此时有扩散反应发生。在850℃时在Ti Al3晶粒周围出现了白色的Al2O3。通过分析反应层厚度与温度和时间的关系,得出了扩散过程的动力学方程y（28）0.313exp（-81.6×10~3/RT）t 1/2。对不同扩散退火后的试样进行显微硬度测试,发现扩散温度为650℃的试样低于750℃和850℃的试样,并对750℃和850℃不同热处理时间的试样进行摩擦磨损实验,分析了磨损形貌和摩擦系数,发现850℃扩散退火6h的试样耐磨性最好,磨损类型从磨粒磨损转化为表面有材料转移的粘着磨损和氧化磨损。
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