Ti6Al4V离子渗氮和离子渗碳的研究

论文摘要

针对钛合金耐磨性差、高温下抗氧化性能差,本文采用离子渗氮、离子渗碳对钛合金进行表面改性,并对其组织结构、表面强度、摩擦学性能,高温抗氧化性能进行了系统的研究分析。钛合金通过离子渗氮,在表面均能获得含Ti2N、TiN硬质相的改性层。明显强化了Ti6Al4V基体的表面,硬度由表及里呈梯度下降趋势。渗氮层厚度随着温度的提高,时间的延长,厚度也随之增加。在MM-200摩擦试验机上进行摩擦磨损实验,摩擦配副为GCr15钢环。离子渗氮后的改性层的磨损机制以粘着磨损和磨粒磨损为主,处理后的钛合金都能获得良好的减摩效果,耐磨性能得到了很大的提高。钛合金通过离子渗碳,在表面均能获得含TiC硬质相的改性层。表面硬度得到了很大的提高,处理后的表面硬度可达2054HV,比基体硬度提高了近5倍,硬度由表及里呈梯度下降趋势。渗层厚度随着温度的提高,时间的延长,厚度也随之增加。采用间歇式供渗剂法,避免表面产生炭黑层。通过抗氧化性能增重实验和宏观表面形貌分析,改性层表现出很好的高温稳定性能,显著的改善了钛合金的高温抗氧化性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 表面工程概述
• 1.1.1 材料表面工程技术的概念
• 1.1.2 材料表面强化技术及目的
• 1.1.3 材料采用表面强化技术的意义
• 1.2 钛及钛合金
• 1.2.1 钛与钛合金的一般特性
• 1.2.2 合金的分类
• 1.2.3 钛合金的应用
• 1.3 钛合金的表面处理
• 1.3.1 钛合金的表面改性
• 1.3.2 目前钛合金表面处理的局限性
• 1.3.3 辉光离子渗氮、渗碳技术
• 1.4 课题的选题目的和研究内容
• 1.4.1 课题提出的依据
• 1.4.2 主要研究内容
• 1.4.3 课题的应用前景
• 第二章 实验条件及工艺方案
• 2.1 实验条件
• 2.1.1 实验材料及试验气体
• 2.1.2 实验设备和仪器
• 2.2 实验工艺方案
• 2.2.1 离子渗氮的工艺方案
• 2.2.2 离子渗碳的工艺方案
• 2.3 试验操作过程
• 第三章 离子渗氮的结果分析及摩擦性能研究
• 3.1 离子氮化的机理
• 3.2 钛合金离子渗氮改性层检测方案
• 3.2.1 实验编号
• 3.2.2 检测仪器及方法
• 3.3 试验结果及分析
• 3.3.1 渗层的金相显微组织
• 3.3.2 XRD 分析
• 3.3.3 显微硬度分析
• 3.4 改性层摩擦学性能的研究
• 3.4.1 金属的摩擦磨损
• 3.4.2 摩擦磨损实验结果与分析
• 3.4.2.1 摩擦减重实验
• 3.4.2.2 磨损形貌分析
• 第四章 离子渗碳的结果分析及高温抗氧化性能研究
• 4.1 渗碳的基本原理
• 4.2 钛合金离子渗碳改性层检测方案
• 4.2.1 实验编号
• 4.2.2 检测仪器及方法
• 4.3 试验结果及分析
• 4.3.1 渗层的金相显微组织
• 4.3.2 XRD 分析
• 4.3.3 显微硬度分析
• 4.4 高温抗氧化性能的研究
• 4.4.1 氧化后宏观形貌分析
• 4.4.2 高温抗氧化增重实验
• 结论
• 参考文献
• 致谢