第十一届全国青年表面工程学术会议

154 / 2019-03-21 20:30:43

双辉等离子表面渗锆-表面织构化复合处理改善Ti6Al4V合金的耐磨性

大会主题 > 化学表面热处理、三束（激光束、电子束、等离子体）材料表面改性技术

钛及钛合金具有高强度，良好的热稳定性，良好的耐腐蚀性和生物相容性，广泛应用于航空航天，汽车，船舶和生物材料等领域。然而，由于高摩擦系数，低导热率和低表面承载能力导致钛合金的耐磨性能差，限制了其在摩擦工况下的应用。表面织构化和双辉等离子表面合金化在提高材料表面摩擦学性能方面的各具优势，将两种技术相复合，有望进一步改善钛合金的摩擦磨损性能。
先采用双辉等离子表面合金化技术对Ti6Al4V合金进行渗锆处理，再利用激光加工技术在渗层表面制备圆形凹坑表面织构。等离子渗锆工艺：温度850 ℃，保温时间3 h，压差250 V，极间距16 cm。所获得的渗钛层均匀、致密，厚度约为50 μm，锆元素在渗层成分呈现梯度分布。由于锆元素主要固溶进钛元素，没有金属间化合物生成，渗锆层主要为-Zr、-Ti及-Ti。渗锆层的表面硬度为452 HV0.1，结合力等级高于HF1。激光加工工艺：功率20 W，波长1064 nm，加工速度5 mm/s。制备出凹坑直径为300 μm，密度为5 %、7 %及11 %的表面织构。
渗锆层与Si3N4对摩时，摩擦系数高于Ti6Al4V合金基体，不具有减摩作用，但渗锆层的比磨损率低于Ti6Al4V基体，表现出更好的耐磨性。织构化Ti6Al4V合金的摩擦系数略高于Ti6Al4V基体，织构化Ti6Al4V合金的比磨损率也低于织构化Ti6Al4V基体，说明表面织构可以改善Ti6Al4V的耐磨性。
复合处理Ti6Al4V合金的摩擦系数高于Ti6Al4V合金基体，说明复合处理并没有起到减摩的作用，但是复合处理Ti6Al4V合金的比磨损率低于Ti6Al4V基体。复合处理的Ti6Al4V合金表面没有形成连续的磨痕，凹坑表面织构发挥了捕捉磨屑的作用当表面织构密度为5%时，复合处理Ti6Al4V合金的比磨损率最低，比Ti6Al4V合金的磨损率降低了56.7%。
等离子渗锆、表面织构化和复合处理均提高了Ti6Al4V合金的耐磨性，复合处理的改善效果更加明显。