【摘要】：為改善海水環(huán)境中鈦合金與增強型聚四氟乙烯摩擦副對磨時的摩擦學(xué)性能,采用離子滲氮、微弧氧化技術(shù)對Ti6Al4V鈦合金表面進行改性處理。對比研究了Ti6Al4V合金基材與改性層在模擬海水環(huán)境中分別與兩種增強型聚四氟乙烯配副材料對磨的摩擦學(xué)行為。結(jié)果表明:在海水介質(zhì)環(huán)境中,Ti6Al4V鈦合金及其表面滲氮、微弧氧化處理試樣與兩種增強型聚四氟乙烯配副對磨時摩擦系數(shù)均較低;Ti6Al4V鈦合金基體不耐磨,且造成兩種增強型聚四氟乙烯配副的嚴(yán)重磨損。上述兩種表面處理均有效改善了鈦合金表面的耐磨性能,其中表面離子滲氮處理鈦合金耐磨性能更優(yōu),同時降低了增強型聚四氟乙烯配副的磨損程度,而微弧氧化處理則使增強型聚四氟乙烯配副的磨損加重。相同試驗條件下,玻璃纖維增強聚四氟乙烯比錫青銅增強聚四氟乙烯的耐磨性能優(yōu)。采用離子滲氮鈦合金與玻璃纖維增強聚四氟乙烯組成配副材料應(yīng)用于海水環(huán)境中服役的水壓傳動摩擦學(xué)元件有明顯的優(yōu)勢。
【圖文】：

2)。試樣磨損體積的計算按公式為:V1=2πＲ1A;聚四氟乙烯配副的磨損體積的計算公式:V2=lπＲ22，，式中:Ｒ2為配副銷的半徑(mm);l為磨損前后銷長變化尺寸。借助Origin軟件對磨損過程中穩(wěn)定段平均摩擦因數(shù)進行計算(穩(wěn)定段摩擦因素積分除以穩(wěn)定段磨損時間)。2試驗結(jié)果與討論2.1鈦合金試樣和摩擦配副的基本特征鈦合金表面離子滲氮改性層由兩部分組成，表面為白亮的N與Ti的化合物層，厚度約為3μm，其下面為厚約20μm的N在鈦合金中形成的固溶層。微弧氧化膜層厚度約為8～10μm，由內(nèi)外兩層組成。圖1Ti6Al4V基材與表面改性層試樣的XＲD譜圖1所示為Ti6Al4V鈦合金基材(BM)、離子滲氮層及微弧氧化層經(jīng)機械拋光后的XＲD圖譜。Ti6Al4V鈦合金基材包含有α-Ti主相(初生相)和β-Ti相。離子滲氮層XＲD圖譜主相為α-Ti，同時滲氮表層中包含Ti2N和TiN相，α-Ti相的出現(xiàn)則是因為X射線穿透較薄的滲氮層使鈦合金基材相顯示647

離子滲氮層和微弧氧化層與鈦合金基材的結(jié)合強度，結(jié)果表明，即使載荷達到劃痕儀極限載荷100N時氮化層也未出現(xiàn)脫層現(xiàn)象，此歸于滲氮層與鈦合金基材之間為冶金結(jié)合的緣故，因此，滲氮層與鈦合金基材之間結(jié)合強度很高。然而當(dāng)載荷增加到90N時，氮化層會出現(xiàn)明顯的開裂破壞現(xiàn)象，這是由于滲氮試樣表面為N與Ti化合物，其硬度雖高但韌性卻不及鈦合金基材。微弧氧化試樣表面在載荷達到15N時出現(xiàn)了表層與次表層之間的分裂現(xiàn)象，即微弧氧化膜層的表層與次表層結(jié)合強度較低，而內(nèi)層與鈦合金基材的結(jié)合強度較高。2.2摩擦因數(shù)圖2所示為不同表面狀態(tài)的Ti6Al4V合金試樣分別與兩種增強聚四氟乙烯配副在模擬海水環(huán)境中對磨時摩擦因數(shù)隨時間的變化情況，圖3所示為穩(wěn)定階段摩擦因素的平均值�？梢钥吹剑瑑煞N增強型聚四氟乙烯配副與Ti6Al4V合金及表面改性層對磨時摩擦因數(shù)均較低，穩(wěn)定階段摩擦因數(shù)均在0.1附近，這顯然與聚四氟乙烯材料的自潤滑特性密切相關(guān)。對于相同表面狀態(tài)的鈦合金試樣，兩種增強型聚四氟乙烯配副對摩擦因素?zé)o明顯影響，這可能是由于增強相含量較低，摩擦因素主要由聚四氟乙烯基體決定。圖2不同配副材料對磨時的摩擦因數(shù)隨時間的變化圖3不同配副材料對磨時穩(wěn)定階段摩擦因數(shù)平均值相同配副試驗條件下離子滲氮試樣的摩擦因數(shù)比鈦合金基材及微弧氧化處理試樣的摩擦因數(shù)均低，這是因為離子滲氮試樣表面硬度高，聚四氟乙烯配副在摩擦過程中向離子滲氮試樣表面轉(zhuǎn)移后能夠獲得良好的減摩潤滑作用。鈦合金不耐磨，增強聚四氟乙烯配副中的硬質(zhì)增強相會造成鈦合金試樣表面出現(xiàn)磨損溝槽，因而表現(xiàn)出較高的摩擦因素。微弧氧化試樣表面的粗糙度較高，因而摩擦因素稍大。2.3磨損特性圖4所示為不同表面狀態(tài)的Ti6Al4V合金試樣與增強型聚

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