本文關(guān)鍵詞：鈦合金軸液相等離子體強化研究

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【摘要】：鈦合金由于其比強度高、耐蝕性好等特點,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天等多個領(lǐng)域。但是鈦合金本身硬度低、耐磨性差、摩擦系數(shù)高,制約了它作為航空航天等領(lǐng)域傳動件的應(yīng)用。為了提高鈦合金表面硬度、提升表面摩擦磨損性能,滿足航空航天領(lǐng)域傳動件的應(yīng)用要求,使用新型的液相等離子體強化方法,對TC4鈦合金軸進(jìn)行強化處理。本文研究了強化系統(tǒng)的物理場,研究了直流液相等離子體強化層的形成機(jī)制,研究了工藝參數(shù)對強化層性能的影響。本文完成的主要研究工作及成果如下:1.使用COMSOL平臺對實驗系統(tǒng)的物理場進(jìn)行研究,通過電場研究輔助電極設(shè)計,通過溫度場、流場研究驗證強化可行性、穩(wěn)定性。研究表明,合理的電極設(shè)計能夠保證處理過程中的電場強度均勻;工件電極在處理過程中溫度均勻,周圍電解液流速較低,處理過程具有較好的穩(wěn)定性。2.研究了直流液相等離子體強化層的形成機(jī)制。從熱力學(xué)角度分析驗證了強化層的生成可能性。通過實驗證明,強化層形成過程中,電解液體系、電參數(shù)、初始表面層等因素需要滿足一定的條件。溫度研究顯示260V電壓下工件電極溫度最高且變化幅度小。理論分析表明,液相強化有其獨特的放電模型,強化元素在鈦合金中的擴(kuò)散機(jī)制為空位擴(kuò)散和晶界擴(kuò)散,強化層的生長過程大致可分為四個階段。3.研究了處理電壓和處理時間對TC4鈦合金強化層的物相、表面形貌、元素、組織、硬度、抗磨損性能、耐腐蝕性能的影響。結(jié)果表明:電壓與時間是影響表面強化層特性的重要參數(shù)。260V處理30min得到的強化相Ti(C,N)含量最多,表面層平整,放電孔直徑小、無明顯的裂紋,與基體結(jié)合良好。該參數(shù)時近表層硬度最大,可以達(dá)到788HV0.01,約兩倍于基體。經(jīng)過強化處理后與GCr15鋼球?qū)δ?表面層僅發(fā)生輕微磨損,抗磨損能力較基體有明顯提升。強化處理可以使TC4的自腐蝕電位正移,腐蝕電流密度減小,耐腐蝕性能升高。
【關(guān)鍵詞】：TC4鈦合金 液相等離子體 強化 物理場 表面特性
【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
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 注釋表11-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 引言12
• 1.2 鈦合金與鈦合金軸12-16
• 1.2.1 鈦合金的分類12-13
• 1.2.2 鈦合金的應(yīng)用13-15
• 1.2.3 鈦合金軸15-16
• 1.2.4 鈦合金軸在應(yīng)用中的問題16
• 1.3 鈦合金的表面強化技術(shù)16-19
• 1.3.1 氣體氮化與激光氣體氮化17
• 1.3.2 離子束改性17-18
• 1.3.3 表面氧化處理18
• 1.3.4 表面納米處理18-19
• 1.3.5 表面強化技術(shù)存在的問題19
• 1.4 液相等離子體表面強化技術(shù)19-21
• 1.4.1 等離子體及液相放電等離子體19-20
• 1.4.2 液相等離子體表面強化技術(shù)發(fā)展20
• 1.4.3 鈦合金液相等離子體強化20-21
• 1.5 研究意義及研究內(nèi)容21-23
• 1.5.1 研究意義21
• 1.5.2 研究內(nèi)容21-23
• 第二章 液相等離子體強化系統(tǒng)物理場研究23-34
• 2.1 引言23
• 2.2 液相等離子體法的COMSOL有限元分析23-24
• 2.2.1 直流液相等離子體法有限元分析的意義23-24
• 2.2.2 COMSOL Multiphysics與多物理場耦合24
• 2.3 分析模型的建立24-25
• 2.3.1 簡化模型的建立24-25
• 2.3.2 耦合分析的設(shè)置25
• 2.4 結(jié)果與討論25-33
• 2.4.1 系統(tǒng)電場26-30
• 2.4.2 系統(tǒng)溫度場30-32
• 2.4.3 系統(tǒng)流場32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第三章 鈦合金直流液相等離子體強化層的形成機(jī)制34-50
• 3.1 引言34
• 3.2 強化相形成的熱力學(xué)分析34-36
• 3.3 強化層的形成條件36-41
• 3.3.1 電解液體系36-38
• 3.3.2 電參數(shù)38-39
• 3.3.3 初始表面狀態(tài)39-41
• 3.4 強化處理溫度41-44
• 3.4.1 實驗設(shè)計41-42
• 3.4.2 不同電壓的試樣平均溫度42-43
• 3.4.3 試樣溫度隨時間的變化43-44
• 3.5 強化層的生長機(jī)理44-49
• 3.5.1 液相等離子體的放電模型44-46
• 3.5.2 處理過程中的元素的擴(kuò)散46-48
• 3.5.3 強化層生長過程48-49
• 3.6 本章小結(jié)49-50
• 第四章 TC4鈦合金軸液相等離子體強化實驗研究50-74
• 4.1 引言50
• 4.2 實驗材料、設(shè)備及方案50-55
• 4.2.1 實驗材料50-51
• 4.2.2 實驗設(shè)備51-52
• 4.2.3 實驗流程52-53
• 4.2.4 實驗設(shè)計53
• 4.2.5 檢測分析方法53-55
• 4.3 電壓對強化層的影響55-64
• 4.3.1 強化層的物相55-57
• 4.3.2 表面形貌與元素57-59
• 4.3.3 截面組織與元素分布59-61
• 4.3.4 強化層硬度61-62
• 4.3.5 強化層的抗磨損性能62-64
• 4.4 時間對強化層的影響64-73
• 4.4.1 強化層的物相64-65
• 4.4.2 表面形貌與元素65-67
• 4.4.3 截面組織與元素分布67-69
• 4.4.4 強化層硬度69-70
• 4.4.5 強化層的抗磨損性能70-71
• 4.4.6 強化層的電化學(xué)性能71-73
• 4.5 本章小結(jié)73-74
• 第五章 總結(jié)與展望74-77
• 5.1 總結(jié)74-75
• 5.2 展望75-77
• 參考文獻(xiàn)77-84
• 致謝84-85
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文85

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：601036