磁控濺射離子鍍硬質(zhì)鍍層具有良好的摩擦學(xué)特性,但鈦合金硬度低,承載時易發(fā)生較大的塑性變形,膜基力學(xué)性能差異大,載荷作用下鍍層極易開裂,導(dǎo)致鍍層不能正常發(fā)揮其摩擦學(xué)性能。本文通過改變等離子體清洗工藝參數(shù),優(yōu)化了鈦基體的表面狀態(tài)。采用噴丸和微弧氧化兩種預(yù)處理工藝對鈦基體進行強化,制備磁控濺射離子鍍GLC減摩耐磨鍍層及C rAlYN硬質(zhì)鍍層,研究鈦基體強化對鍍層摩擦學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:等離子體清洗導(dǎo)致的鈦基體表面粗糙度變化是影響鍍層膜基結(jié)合力的主要原因。隨著等離子體清洗負偏壓的增加,鈦基體表面粗糙度先增后降,鍍層的膜基結(jié)合力與其正相關(guān)。當清洗工藝參數(shù)為-300V/20min時,鈦基體表面粗糙度最大,GLC鍍層的臨界載荷最高。經(jīng)噴丸預(yù)處理后TC4鈦合金表面硬度為412HV0.05,硬度提高了3 1.2%,硬化層深約180μm。微弧氧化預(yù)處理試樣表面硬度為746.5HV0,5,硬度提高了 100%左右�；w硬度的提高使得復(fù)合處理試樣的表面硬度均高于單一鍍層試樣�；w強化是通過提高基體硬度,改善鍍層與基體變形的協(xié)調(diào)性,減緩鍍層破裂、剝落傾向,基體噴丸預(yù)處理后鍍層膜基結(jié)合力可提高15.7%,提高了鍍層摩擦學(xué)性能的可靠性。試樣的高硬度減少鍍層的摩擦接觸面積,降低摩擦系數(shù)和磨損率�；w噴丸預(yù)處理后GLC鍍層試樣摩擦系數(shù)可降低28%,磨損率減小一個數(shù)量級;基體微弧氧化預(yù)處理后GLC鍍層試樣摩擦系數(shù)減小了24%。外加載荷超出復(fù)合處理試樣的承載能力時,基體強化作用無效,復(fù)合處理試樣和單一鍍層試樣的摩擦學(xué)性能無差別�；w噴丸預(yù)處理后CrA1YN鍍層試樣2N時的摩擦系數(shù)降低了9.5%,8N時摩擦系數(shù)相同。鍍層的摩擦學(xué)性能與基體和鍍層的力學(xué)性能差異也有關(guān)。當基體強化程度相同時,鍍層和基體的硬度、彈性模量差值越小,變形協(xié)調(diào)性越好,摩擦學(xué)性能越好。
【學(xué)位單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TG174.4;TG146.23
【部分圖文】：

鈦及其合金主要用于螺旋槳、閥門及管道系統(tǒng)等，大大提高了這些零件的使命[5]。在生物工程領(lǐng)域，鈦及鈦合金用來制造人工關(guān)節(jié)、心臟起搏器外殼、人工種植牙著降低了植入損傷對人體機能的影響[6]。鈦具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，溫度降低到 882℃時，會從體心立方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槊芘帕浇Y(jié)構(gòu)純鈦中添加一些其他元素形成鈦合金，按相的構(gòu)成將鈦合金分為三類[7]：TA 系列，密方結(jié)構(gòu)（hcp）的α型合金；TB 系列，體心立方結(jié)構(gòu)（BCC）的β型合金；TC 系列，兩合的（α+β）型合金。TC4 鈦合金又稱 Ti-6Al-4V 合金，具有較高的強度，良好的耐熱性、斷裂韌性、成形性、耐腐蝕等性能，其合金化簡單，工藝成熟，易于規(guī)�；a(chǎn)[前鈦合金產(chǎn)品中的 60%為 TC4 合金，但硬度低、導(dǎo)熱差，在摩擦中極易發(fā)生粘著是其際應(yīng)用中的一大問題。據(jù)資料統(tǒng)計，鈦合金約 80%的機器零件損耗是由摩擦磨損導(dǎo)致的善鈦合金摩擦學(xué)性能，是目前鈦合金應(yīng)用中迫切需要解決的問題。因此，對摩擦磨損工件的鈦合金零件必須進行適當?shù)谋砻娓男�，提高其耐磨性。圖 1-1 為近 20 年內(nèi) Web ocience 數(shù)據(jù)庫中關(guān)于鈦合金磨損和表面處理研究的文獻數(shù)量統(tǒng)計。鈦合金磨損相關(guān)文獻 8267 篇，其中表面處理文獻有 3885 篇，約占鈦合金磨損文獻的 47.0%，說明利用表面改善鈦合金磨損是當前研究熱點。

層 DLC 具 有 最 佳 耐 磨 性 。 Langping Wang[30]等 人 在 Ti6Al4V 表 面iCN/TiC/DLC 梯度復(fù)合薄膜，與單層 DLC 薄膜相比承載能力和耐磨性都顯層的摩擦接觸機制磨損是兩接觸表面上發(fā)生相對運動的復(fù)雜現(xiàn)象，摩擦過程中會發(fā)生物理、，它是由多個因素共同影響的過程。通常影響鍍層摩擦磨損性能的因素有、滑動速度、潤滑條件和溫度等。Allen mathews 等人[31]詳細分析了鍍層照接觸條件不同分為：宏觀機械摩擦機制，微觀機械摩擦機制，納米機械摩機制和材料轉(zhuǎn)移機制。）宏觀機械摩擦機制描述了整個接觸的應(yīng)力和應(yīng)變分布，摩擦表面的相互性變形，以及總的磨屑的形成過程及動力學(xué)。鍍層的宏觀機械摩擦機制主：鍍層和基體的硬度關(guān)系，鍍層的厚度，表面粗糙度，磨屑的大小和硬度的相互影響將導(dǎo)致以特定摩擦接觸機制為特征的不同接觸狀態(tài)。圖 1-2 為接觸狀態(tài)示意圖，會在摩擦過程中產(chǎn)生 12 種摩擦現(xiàn)象，包括犁削、剪切基體變形、劃擦、侵入、減少接觸面積和咬合、微凸體疲勞、磨粒嵌入、磨、磨粒破碎。

1 緒 論，可以通過表面復(fù)合處理解決鈦合金表面摩頂部鍍層，再用深層表面硬化層作為磁控濺輕載荷作用下基體的塑性變形，提高基體承不僅可以降低摩擦系數(shù)提高耐磨性，還可以層的剝離。表面的影響鍍膜之前對基體進行等離子清洗是必不可少子構(gòu)成，整體呈電中性的粒子集合體。因為是指陽離子的轟擊作用，陽離子在電場和磁子具有相當大的動能，與基體發(fā)生一系列反
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本文編號：2849245