本文關(guān)鍵詞：TC21合金表面Cr-Al共滲合金層的制備及摩擦磨損性能研究

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【摘要】：TC21鈦合金是一種新型的損傷容限型兩相(α+β)鈦合金,具有高的抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度、高韌性、抗裂紋擴(kuò)展能力以及良好焊接性能,在航空航天領(lǐng)域中有著巨大的應(yīng)用前景。但其表面硬度低和耐磨性能的不足,限制了合金的使用范圍。針對上述問題,采用雙輝等離子表面冶金技術(shù)在TC21合金表面制備Cr-Al共滲層,以提高合金的摩擦磨損性能。制備Cr-Al共滲合金層的最佳工藝參數(shù)為:源極電壓1000 V,陰極電壓450 V,工作氣壓40 Pa,保溫時間4 h。利用SEM、EDS、XRD對Cr-Al共滲合金層的表面形貌、截面形貌、元素分布及相組成進(jìn)行分析,結(jié)果表明:厚度約為35μm Cr-Al共滲合金層表面均勻致密,不存在裂紋孔洞等缺陷;表面相組成主要為A1_8Cr_5、Al_7Cr、Al_(11)Cr_4、Cr、Al_9Cr_4以及Cr_2Ti相;Cr-Al共滲合金層的硬度為946HV0.1,比基體提高近3倍。共滲合金層的劃痕試驗表明,Cr-Al共滲合金層至少能夠承受71N的垂直載荷,合金層與基體的結(jié)合良好。納米壓痕試驗表明,共滲合金層表面納米硬度為7.506GPa、彈性模量為555.43Gpa,與基體相比較分別提高了約2.36倍和3.65倍。球盤磨損試驗表明在不同載荷、滑動速度、溫度、摩擦副條件下,Cr-Al共滲合金層減摩性能和耐磨性能明顯優(yōu)于TC21基體,具體體現(xiàn)在合金層的較低摩擦系數(shù)以及降低一個數(shù)量級比磨損率,在滑動速度由低速(5m/min和10m/min)變?yōu)楦咚贂r(15m/min和20m/min),共滲合金層表面磨損機(jī)制由輕微的刮擦和磨粒磨損轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸p和輕微的剝層磨損,730g載荷下摩擦磨損試驗時共滲合金層出現(xiàn)輕微的剝落。500°C共滲合金層磨痕表面生成致密氧化膜對基體進(jìn)行保護(hù),并磨痕表面處于新氧化膜的形成和舊氧化膜的失效這種動態(tài)平衡中。當(dāng)摩擦副為Si3N4時,共滲合金層和TC21合金表現(xiàn)出的摩擦磨損性能最不理想。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1182343