本文關鍵詞：Ti6Al4V合金表面等離子Ni合金層制備及其性能研究

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【摘要】：鈦合金因具有密度低、比強度高、耐蝕性能優(yōu)等特點，而被廣泛應用于航空、航天、汽車等行業(yè)。但是其硬度低、耐磨性差，限制了在沖蝕環(huán)境下的應用。為此，表面改性是改善其性能的有效方法之一。本文利用雙輝等離子滲金屬技術，在Ti6Al4V合金表面制備出良好的Ni合金層，分析了保溫溫度和工作氣壓對Ni合金層形成的影響，進而優(yōu)化了工藝參數(shù)，并對合金層進行表征。研究了Ni合金層的納米力學性能和沖蝕性能，討論分析了不同沖蝕條件下的磨損機理。得出的主要結(jié)論如下： （1）采用雙輝等離子體合金化技術可以在Ti6Al4V合金表面制備出均勻、致密的Ni合金層。優(yōu)化的工藝參數(shù)為：保溫溫度930℃，工作氣壓35Pa，極間距18mm，保溫時間3h，壓差250V。 （2）Ti6Al4V合金經(jīng)等離子滲Ni合金化處理后，表面呈現(xiàn)“胞狀凸起”形貌，粗糙度增加。Ni合金層由三層結(jié)構(gòu)組成，由表及里分別為：鎳沉積層、富鎳合金層、貧鎳合金層。Ni元素含量在滲層深度方向上存在3個成分平臺，逐層降低，梯度分布。Ni合金層主要的相組成為：單質(zhì)Ti、Ni，化合物Ni3Ti、Ti2Ni、NiTi、AlNi3。其中單質(zhì)Ni在鎳沉積層形成，Ni3Ti、Ti2Ni、NiTi金屬間化合物在富鎳合金層形成。 （3）富鎳合金層的力學性能和沖蝕性能得到了明顯提高，貧鎳合金有所改善但效果不大，而鎳沉積層和Ni元素凹陷區(qū)明顯惡化，，應盡量減少鎳沉積層的厚度。 （4）不同沖蝕載荷和角度下，Ni合金層以塑性沖蝕特性為主，磨損機制為微切削磨損，主要磨損形式為犁削和沖蝕坑。 （5）沖蝕角度對Ni合金層的沖蝕性能有較大影響。隨著沖蝕角度的增加，Ni合金層的沖蝕率增加，在90°達到最大。 （6）Ni合金層的組織結(jié)構(gòu)和力學性能對Ni合金層的沖蝕性能有較大影響。H/E、H2/E3值越大，Ni3Ti、Ti2Ni、NiTi含量越高，合金層的沖蝕性能越好。
【關鍵詞】：雙輝等離子合金化 Ni合金層 納米壓入 沖蝕磨損
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 鈦及鈦合金10-13
• 1.1.1 鈦的概述10
• 1.1.2 鈦的特性10-12
• 1.1.3 鈦合金的分類12
• 1.1.4 鈦及鈦合金的應用12-13
• 1.2 鈦合金表面改性技術13-16
• 1.2.1 電鍍、電沉積法14
• 1.2.2 表面氧化處理技術14
• 1.2.3 表面化學處理技術14-15
• 1.2.4 激光表面改性技術15
• 1.2.5 離子注入技術15
• 1.2.6 薄膜技術15
• 1.2.7 雙輝等離子滲金屬技術15-16
• 1.3 雙輝等離子體滲金屬技術16-17
• 1.3.1 雙輝等離子滲金屬技術原理16-17
• 1.3.2 雙輝等離子滲金屬技術特點17
• 1.4 Ni 元素及鈦鎳化合物合金涂層17-18
• 1.4.1 Ni 元素簡介17-18
• 1.4.2 鈦鎳化合物合金涂層18
• 1.5 課題的提出18-20
• 1.5.1 課題可行性分析18-19
• 1.5.2 課題主要研究內(nèi)容19-20
• 第二章 實驗設備及方法20-32
• 2.1 合金層的制備20-22
• 2.1.1 實驗材料20-21
• 2.1.2 實驗設備21
• 2.1.3 合金層制備過程21-22
• 2.2 工藝參數(shù)的選擇22-24
• 2.2.1 壓差22
• 2.2.2 極間距22-23
• 2.2.3 保溫時間23
• 2.2.4 保溫溫度23
• 2.2.5 工作氣壓23-24
• 2.3 Ni 合金層的表征24
• 2.4 納米壓入實驗24-28
• 2.4.1 納米壓入實驗設備24-26
• 2.4.2 納米壓入測試原理26-28
• 2.5 沖蝕實驗28-32
• 2.5.1 沖蝕實驗設備29
• 2.5.2 沖蝕形貌的表征29
• 2.5.3 沖蝕性能的評價方法29-30
• 2.5.4 沖蝕磨損的影響因素30-32
• 第三章 溫度和工作氣壓對等離子體滲 Ni 的影響32-42
• 3.1 工藝參數(shù)設置32
• 3.2 保溫溫度對 Ni 合金層的影響32-36
• 3.2.1 保溫溫度對 Ni 合金層表面形貌及形成機制的影響32-33
• 3.2.2 溫度對 Ni 合金層結(jié)構(gòu)的影響33-35
• 3.2.3 溫度對 Ni 合金層相結(jié)構(gòu)的影響35-36
• 3.3 工作氣壓對 Ni 合金層的影響36-39
• 3.3.1 工作氣壓對 Ni 合金層表面形貌及形成機制的影響36-37
• 3.3.2 工作氣壓對 Ni 合金層結(jié)構(gòu)的影響37-39
• 3.3.3 工作氣壓對 Ni 合金層結(jié)構(gòu)的影響39
• 3.4 小結(jié)39-42
• 第四章 較佳工藝制備 Ni 合金層的表征42-46
• 4.1 Ni 合金層的表面形貌42
• 4.2 Ni 合金層的截面組織形貌42-43
• 4.3 Ni 合金層的成分分布43-44
• 4.4 Ni 合金層的相結(jié)構(gòu)44-45
• 4.5 小結(jié)45-46
• 第五章 Ni 合金層的納米壓入分析46-56
• 5.1 實驗參數(shù)46
• 5.2 試樣的準備46-47
• 5.3 測試點的選擇47
• 5.4 納米壓入測試結(jié)果及分析47-54
• 5.4.1 Ni 合金層橫截面納米壓入測試結(jié)果及分析47-50
• 5.4.2 Ni 合金層表面納米壓入測試結(jié)果及分析50-52
• 5.4.3 合金化 Ti6Al4V 基體納米壓入測試結(jié)果及分析52-53
• 5.4.4 Ni 合金層的硬度和彈性模量分布53-54
• 5.5 小結(jié)54-56
• 第六章 Ni 合金層沖蝕性能研究56-76
• 6.1 實驗材料56
• 6.2 實驗參數(shù)56-57
• 6.3 沖蝕磨損率的測量57
• 6.4 不同載荷下 Ni 合金層的沖蝕特性57-69
• 6.4.1 不同載荷下 Ni 合金層的宏觀沖蝕形貌57-61
• 6.4.2 不同載荷下 Ni 合金層的沖蝕磨損率及影響因素61-64
• 6.4.3 不同載荷下 Ni 合金層的微觀沖蝕形貌64-69
• 6.5 不同沖蝕角度下 Ni 合金層的沖蝕特性69-73
• 6.5.1 不同沖蝕角度下 Ni 合金層的宏觀沖蝕形貌69-71
• 6.5.2 不同沖蝕角度下 Ni 合金層的沖蝕磨損率71
• 6.5.3 不同沖蝕角度下 Ni 合金層的微觀形貌71-73
• 6.6 小結(jié)73-76
• 第七章 結(jié)論76-78
• 參考文獻78-84
• 致謝84-86
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學術論文86

【參考文獻】

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