【摘 要】
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钛合金面临着耐磨性能较差的应用限制,在各类摩擦条件下的耐磨性能也成为影响TA15钛合金在汽车工业,航空航天以及医疗领域中各类零部件的应用的主要因素,限制了其在大多数摩擦条件下作为机器零部件的应用。因此,提高TA15钛合金的表面耐磨性及硬度已成为汽车工业,航空航天以及医疗领域对此类材料的迫切需求。本课题将喷丸技术与双辉等离子表面冶金技术相结合,对TA15钛合金先进行了表面纳米化预处理,随后进行了表面
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钛合金面临着耐磨性能较差的应用限制,在各类摩擦条件下的耐磨性能也成为影响TA15钛合金在汽车工业,航空航天以及医疗领域中各类零部件的应用的主要因素,限制了其在大多数摩擦条件下作为机器零部件的应用。因此,提高TA15钛合金的表面耐磨性及硬度已成为汽车工业,航空航天以及医疗领域对此类材料的迫切需求。本课题将喷丸技术与双辉等离子表面冶金技术相结合,对TA15钛合金先进行了表面纳米化预处理,随后进行了表面等离子碳氮化改性处理,通过金相组织,显微硬度,SEM,XRD,纳米压痕,摩擦磨损试验等手段检测了TA15表面改性层的各项性能,主要研究结果如下:（1）在50 m/s的喷丸速率下,在TA15钛合金表面制备出了平均晶粒尺寸16.73 nm,晶格畸变26%的纳米晶层,随后在工作气压50Pa,源极电压750 V,阴极电压500 V,极间距12 mm,保温时间5小时的条件下进行双辉等离子碳氮共渗实验,在其表面制备出了5.3μm厚的Ti（C,N）渗层。而相同双辉试验下的TA15原样表面渗层厚度仅为1.5μm。经过低温,中温,高温三种双辉试验,总结得出,喷丸预处理对TA15钛合金双辉等离子C,N共渗的主要工艺参数（源极、阴极电压,温度）有着显著影响,主要表现为将源极、阴极电压从常用数值降低了约100V,将双辉处理的正常温度降低了约200。（2）喷丸样表面的Ti（C,N）渗层主要由Ti N、Ti C、Ti2N、Ti N0.3和Ti C0.7N0.3相组成,截面EDS线扫结果显示渗层元素含量由表及里呈现梯度变化,喷丸样表面渗层的纳米硬度能够达到28.83 GPa,而TA15原样表面渗层纳米硬度为16.45 GPa。结果表明,喷丸预处理能够显著提高双辉碳氮共渗所制得的渗层的力学性能。（3）室温下TA15原样表面渗层耐磨性能较差,在330 g载荷下便发生了碎裂失效,未能良好地保护基体,磨损机制为氧化磨损伴随磨粒磨损,而喷丸样表面渗层由于游离态C原子的存在,在摩擦过程中起到了润滑减磨的作用,其表面渗层并未被磨穿,磨损机制为轻微氧化磨损伴随着粘着磨损。结果表明,喷丸预处理对双辉碳氮共渗所制得的渗层的耐磨性和磨损机制都有着较大影响。（4）高温下两种试样的磨损程度均较为严重,二者表面的渗层都被磨穿,但二者磨损机制并不相同,高温下TA15原样表面渗层磨损机制为氧化磨损伴随着磨粒磨损,而喷丸样的磨损机制为磨粒磨损、氧化磨损以及粘着磨损。证明高温下此类渗层的耐磨性能仍有待提升。
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