采用高频膏剂渗金属技术提高TC4合金摩擦学性能的研究

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钛合金以其密度低、强度高和耐蚀性好而成为航空航天、生物医学及能源化工等部门的重要结构材料。但其摩擦系数大,粘着磨损严重,以及敏感的微动磨损等极大地影响了钛合金结构的安全性和可靠性。因此,耐磨性能不足是亟待解决的关键问题之一。针对上述问题,本文采用高频膏剂渗金属技术,在TC4合金表面形成渗Cr合金层。研究了高频膏剂渗金属的工艺流程,膏剂配方、高频的工艺参数及线圈电感量计算。利用光学显微镜(OM),能谱仪(EDS),X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)分析了合金层的显微组织、化学成分及其相组成,并测试了涂层结合力、显微硬度及摩擦学性能研究。经优化,合理的膏剂配方为:以纯Cr作为供铬剂,所占质量百分比60%;冰晶石和氟化氢铵作为活化剂,所占质量百分比为5%;还原剂为铝粉,所占质量百分比2%;三氧化二铝为填充剂,所占质量百分比为28%;特殊添加剂CeCl2·7H2O占0.5%;粘结剂采用水解的正硅酸乙酯。以总量10g为准,纯Cr为6g,冰晶石和氟化氢分别是0.5g,铝粉0.2g,三氧化二铝2.8g,CeCl2·7H2O 0.05g。高频渗铬的最佳工艺参数为:加热电流700A,加热时间13s后,改变加热方式,加热2s停1s,作用时间150-180s,用水(常温)冷却。在优化工艺条件下,TC4合金表面合金层的成分由表面向基体内部呈梯度分布,合金层与基体冶金结合。渗Cr合金层有效厚度大约30μm,渗层主要以Cr2O3、Ti-Cr氧化物、TiN相为主。室温下测得合金层的摩擦系数由基材的0.55-0.6降低到0.25-0.3左右,磨损率降低了58.7%,在高温相同摩擦条件下,摩擦系数波动严重,磨损率降低了一个数量级。
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