采用復(fù)合滲鍍技術(shù)提高Ti-6Al-4V摩擦學性能.pdf

1、鈦合金具有密度低、比強度高、中低溫穩(wěn)定性好、耐蝕性能優(yōu)異、生物相容性好等一系列優(yōu)異的特性，被廣泛地應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)學、化工和交通運輸?shù)刃袠I(yè)。但是鈦合金的硬度低、耐磨性能差，這一缺點極大的限制了它的進一步廣泛應(yīng)用。利用表面處理技術(shù)在鈦合金表面形成改性層是提高鈦合金摩擦學性能的主要途徑之一。
　　 傳統(tǒng)的針對鈦合金的表面處理技術(shù)，只是一味地提高鈦合金表面硬度來提高表面的抗磨損性，從而達到耐磨的效果，例如滲氮、滲碳、滲硼以及滲金

2、屬。然而這些硬化層在高溫和潤滑油失效的情況下特別容易失效，而且容易產(chǎn)生微裂紋。所以單一的表面處理技術(shù)對于提高鈦合金的耐磨性是有限的。針對這一現(xiàn)象，本文分析總結(jié)了鈦合金的性能特點以及各表面處理方法的優(yōu)缺點，提出采用復(fù)合處理技術(shù)對鈦合金(Ti-6Al-4V)進行表面處理，使其表面具有減摩潤滑的作用，且次表面又具有較高的硬度。
　　 首先利用離子滲氮技術(shù)在鈦合金(Ti-6Al-4V)表面制備一層氮化層，采用X射線衍射儀和顯微硬度計分析

3、了滲氮層的相組成和硬度梯度，結(jié)果表明在表層形成了高硬質(zhì)相TiN，擴散層硬度梯度過渡平緩；然后利用磁控濺射技術(shù)在氮化層表面鍍一層Mo，并采用SEM、EDS和截面線掃描分析分別分析了表面形貌、表面元素分布和截面元素分布，結(jié)果表明，Mo單質(zhì)呈顆粒狀均勻地分布于表面，薄膜的厚度約為4μm，膜層致密且與基體結(jié)合良好，表面硬度有所提高。
　　 最后利用離子滲硫技術(shù)對試樣進行滲硫處理，從而在表面形成具有優(yōu)異減摩作用的固體潤滑劑(MoS2)。通

4、過XRD和SEM分析得出，表面的晶粒度隨滲硫溫度的升高逐漸增大，當溫度分別為520℃、620℃時晶粒尺寸迅速增大；經(jīng)復(fù)合處理的試樣截面硬度在最表層最低，次表層達到最大，然后逐漸降低，這表明次表層的硬質(zhì)相可以給表層軟的MoS2提供良好的支撐作用；截面線掃描分析得出沿截面的元素分布隨著深度的增加S和Mo的含量先是迅速增加然后又急劇降低，Ti的含量在S和Mo的含量降低時迅速增加。
　　 摩擦磨損試驗表明，Ti-6Al-4V經(jīng)復(fù)合滲鍍處

5、理后，其在不同滲硫溫度下所得試樣的摩擦系數(shù)差異明顯。220℃所得試樣的摩擦系數(shù)明顯優(yōu)于其它溫度，其摩擦系數(shù)最低可達到0.23；在相同載荷下，復(fù)合層的摩擦系數(shù)隨著時間的延長，先增加然后趨于穩(wěn)定，最后逐漸降低，表現(xiàn)出良好的潤滑性，而氮化層的摩擦系數(shù)也是先增加然后趨于穩(wěn)定，但最后卻逐漸升高；在不同載荷下，復(fù)合層的摩擦系數(shù)隨著載荷的增加逐漸升高，當達到一定載荷時，摩擦系數(shù)隨載荷的增加卻突然下降，而氮化層雖然在達到相同載荷后也出現(xiàn)下降，但又馬上表