钛合金摩擦磨损性能研究进展
TC4钛合金激光熔覆TiC+M涂层组织和耐磨性能研究
类 对 ＴＣ金属 陶瓷激 光熔 覆层 组织 、 度 和耐 磨性 能 ｉ 硬
的影响 ， 旨在 为钛合 金 表面激 光熔覆 涂层 材料 的选 择
奠 定基 础 。
ＮＣＢ ｉ 光 熔 覆 层 的 对 比 研 究 ， 示 了 粘 结 金 属 种 ｉｒＳ 激 揭
透射 电镜 分 析 熔 覆 层 的 微 观 组 织 。利 用 Ｈ Ｄ １０ Ｘ 一００ 型 显 微 硬 度 计 测 量 熔 覆 层 的硬 度 。 利用 Ｙ Ｈ Ｂ Ｔ Ｔ ． １０型 销一 式摩 擦 磨 损 试验 机 测 试 熔 覆层 的磨 损性 ０ 盘 能 ， 为 多道 搭 接 的激 光 熔 覆 试 样 ， 寸 为 ９ ｍ × 销 尺 ｍ １ ｍ 摩擦 表 面 经 磨 削加 工 ， 糙 度 Ｒ ５ ｍ， 粗 ＜０ ２Ｌ ， ．ｔｎ 盘 ｉ 为 Ｙ Ｓ 硬 质 合 金 （９ ５ Ｒ ， 寸 为 ＃ ０ ｍ × ＧＢ ８ ．Ｈ Ａ） 尺 ４ｍ
覆 层 的组 织 是 在 ｙＮ 树 枝 晶 和 ｙＮ ＋Ｍ ， ｃ ） －ｉ － ｉ （ ａ 共 晶 的 基 体 上 分 布 着 细 小 的 Ｔｃ颗 粒 和 Ｔｃ树 枝 晶。 ｉ ｉ
ＴＣ＋ ｉ 光熔 覆 层 的 显 微 硬 度 在 ５ Ｏ～７ ０ Ｖ之 间 ， 量 磨 损 率 约 为 Ｔ ４合 金 的 １ ； ｉ ｉ Ｔ激 Ｏ ０Ｈ 质 Ｃ １ ＴＣ＋Ｎ ＣＢ ｉ ３ ｉ ｒＳ 激 光 熔 覆 层 的 显 微 硬 度 在 ９ ０ １０ Ｖ之 间 ， 量 磨 损 率 约 为 Ｔ ４合金 的 １１ 。 Ｏ ～ｌ０ Ｈ 质 Ｃ ／０ 关 键 词 ： 合 金 ； 激 光 熔 覆 ； ＴＣ金 属 陶瓷 涂 层 ； 微 观 组 织 ； 耐 磨 性 能 钛 ｉ 中 图 分 类 号 ： Ｇ ５ ．９ Ｔ １ ６ ５ Ｔ １６９ ； Ｇ ６ ． 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１０ —２ ４ ２０ ） １ ０ ６０ ０ ９ ６ ６ （ ０ ６ ０ — ９ —４ ０
钛合金的摩擦磨损性能及其改善方法
有色金属材料与工程
NONFERROUS METAL MATERIALS AND ENGINEERING
Vol. 40 No. 3 2019
文章编号：2096 − 2983(2019)03 − 0049 − 06
DO9
50
有色金属材料与工程
2019 年 第 40 卷
合 金 表 面 硬 度 和 塑 性 剪 切 抗 力 较 低 ； （ 2） 钛 合 金 表 面 加 工 硬 化 能 力 差 ； （ 3） 钛 合 金 摩 擦 磨 损 过 程 中 产 生的磨屑很容易碎化和去除，对钛合金基材表面不 具有保护作用。
随着钛合金应用领域的不断扩大，与钛合金摩 擦磨损性能相关的问题也越来越多，为了改善钛合 金的摩擦磨损性能，进一步扩大其应用范围，对其 摩擦磨损机制的研究是钛合金未来研究的重点。
钛合金的摩擦磨损性能及其改善方法
应 扬， 李 磊， 赵 彬， 贾蔚菊， 李思兰， 赵永庆
（西北有色金属研究院，陕西 西安 710016）
摘要：钛合金是航空航天等领域不可替代的重要材料，但摩擦磨损性能的不足限制了其在更广泛 工况下的使用。介绍了关于钛合金摩擦磨损性能的传统认识和新的研究进展，综述了有关钛合金 磨损机制和摩擦磨损性能的研究成果；总结了改善钛合金摩擦磨损性能的 3 类常用表面处理方 法，即表面改性技术、表面合金化技术和表面涂镀技术；指出了当前钛合金磨损研究和性能改善 方面存在的问题及提高钛合金耐磨性的研究方向。
钛合金摩擦磨损的外部影响因素主要指载荷、 环境气氛、对磨速度、温度和配副材料等。 1.1.1 载荷
Zhong 等 [1] 对 Ti-20Zr-6.5Al-4V 合 金 进 行 了 不 同载荷下的真空干摩擦性能测试。结果表明，摩擦 因数随着载荷的增大而增大，同时磨痕加深，磨损 体积增加（如图 1 所示）；主要磨损机制由 10 N 下的 轻微黏着磨损和严重磨粒磨损转变为 30 N 下的严 重塑性变形和剥层磨损；且不锈钢球上存在一层来 自 Ti-20Zr-6.5Al-4V 合金的转移层，随载荷的增大， 该转移层逐渐变平滑，且厚度增加。刘勇等[2] 对不 同载荷下 TC4 钛合金的磨损情况进行了测试，结果 表明，随着载荷的增大，TC4 钛合金的磨损率呈增大 趋势，可见 TC4 钛合金的磨损率与其承载的载荷呈 正向相关。 1.1.2 环境气氛
钛合金表面耐磨性能及抗氧化性能的研究现状
钛合金表面耐磨性能及抗氧化性能的研究现状韩杰阁;陈蔚泽;张浩;黄安国【摘要】钛合金具有密度小、质量轻、比强度高、比刚度高、良好的耐腐蚀性和耐热性、塑韧性好以及优良的加工性等优点,广泛应用于航空航天、交通运输、石油化工、体育器械及生物医疗等众多领域.但钛合金摩擦系数大、易黏着、耐磨性能差、高温(700℃)条件下氧化严重、不易润滑等缺点,大大限制了钛合金的应用和发展.介绍激光熔覆、磁控溅射、离子注入等常见的钛合金表面改性技术的研究现状,指出各种改性技术对钛合金耐磨性能、高温抗氧化性能的改善效果,并探讨各种改性技术的优缺点.在此基础上提出综合提高钛合金耐磨性和高温抗氧化性的新思路并展望其发展前景.%Titanium and its alloys have broad applications in aerospace,transportation,petrochemical industry,sports equipment and bio-medical due to their excellent material properties such as low density,high specific strength and rigidity,excellent thermal and corrosion resistance,specific stiffness and high fatigue.However,its shortcomings are also obvious:its large friction coefficient,stick easily,poorly wear resistance,not lubricate and serious oxidation under the high temperature (700 ℃) conditions,which have greatly limited the application and development of titanium alloy.This paper introduces the research status of laser cladding,magnetron sputtering,ion implantation and other common titanium alloy surface modification technology.Points out the improvement of each modification technology on the wear resistance and high temperature oxidation resistance of titanium alloy,and discusses their advantages and disadvantages.On this basis,a new idea of compositeimproving the wear resistance and high temperature oxidation resistanceof titanium alloy is put forward and prospected its development prospect.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2017(047)003【总页数】6页(P73-78)【关键词】钛合金;耐磨性;高温氧化性;表面改性技术【作者】韩杰阁;陈蔚泽;张浩;黄安国【作者单位】华中科技大学材料成型与模具设计国家重点实验室,湖北武汉430074;华中科技大学材料成型与模具设计国家重点实验室,湖北武汉430074;华中科技大学材料成型与模具设计国家重点实验室,湖北武汉430074;华中科技大学材料成型与模具设计国家重点实验室,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TG457钛合金具有比刚度、比强度高，耐腐蚀性、耐热性和塑韧性好以及加工性优良等优点[1-4]，已成为应用于航空航天、交通运输、石油化工和生物医学等领域[5-6]的重要材料，在尖端学科与高新技术方面占有重要的地位。
两种热处理钛合金的摩擦磨损性能
１ 实 验 部 分
１１ 实验 材料 ．
摩 擦磨 损材 料 为 Ｔ ４钛合 金 ， Ｃ 其密 度 为 ４ ４ ． ５ｇ・ｃ ’熔 点 为 １６ ０℃．ＴＣ ｍ＿ ， ６ ４钛 合 金原 材 料用 电火
花线 切割 加工 成磨 损试 样 ， ×ｚ５ｍｍ×２ ５ ： ｂ ０ｍｍ．ＴＣ ４钛合 金 试样 热 处理 状态 ： 种 为原 料供 货时 的热 轧 一
中图 分 类 号 ： ＴＨ１７ １ １．
钛合 金具 有很 高 的 比 强 度 ， 航 空 和 航 天领 域 得 到 广 泛 应 用 ， 作 为 飞 机 和 航 天 器 的 主 要 结 构 材 在 常 料 ．近年来 ， ］ 由于钛合 金具 有 良好 的耐腐 蚀 性 、 温热 稳 定 性 以及 低 温 性 能 ， 高 其在 石 油 和 化工 等 领域 的 应用 逐 渐扩 大 ， 始用 作热 交换 器 、 开 反应塔 、 汽透平 机 的叶 片 、 蒸 阀门 、 、 道等 腐蚀 或特 殊温 度条 件下 的 泵 管 结构 材 料．在钛 合金 中 ， 以牌号 ＴＣ （ ４ 国际牌 号 Ｔ 一６ 一４ 的应用 最 为广泛 ， 量约 占现有 钛合 金生 产 ｉ Ａｌ Ｖ） 用 量 的一 半．Ｔ ４钛合 金 不仅 具有 良好 的室 温 、 温和 低温 力学性 能 ， Ｃ 高 且在 多种 腐蚀 介质 中具 有优 异 的耐蚀 性 ， 时可焊 接 、 同 冷热 加工 成形 ．目前 ， ＴＣ 对 ４钛合 金 的性 能 研 究 主要 集 中在 成 形 加工 ＿ 、 织分 析 一 ２组 和
退火 状态 ， 硬度 为 ＨＲ ３ ； Ｃ １ 一种 为 经过 固溶 （ 冷 ） 加 时效 强 化热 处 理 ， 度 为 ＨＲ ４ ．对试 样 和磨 盘 水 再 硬 Ｃ２
【论文】钛合金表面等离子喷涂Cr2O3陶瓷涂层性能的研究
摘要钛合金的高温力学性能及热物理性能均不理想。
钛合金耐磨性差，摩擦系数高，在高温下抗氧化性差，从而限制了其进一步广泛应用。
本文采用等离子体喷涂技术在钛合金表面制备Cr2O3陶瓷涂层，改善钛合金表面的硬度及摩擦性能，找出实验工艺与性能的关系。
本实验利用显微硬度仪测定了Cr2O3陶瓷涂层的显微硬度；采用X射线衍射法（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）研究了Cr2O3陶瓷涂层的相结构以及表面形貌特征；利用高速往复摩擦磨损实验机测试了等离子喷涂前后试样的耐磨性能。
实验结果表明：用钛合金等离子喷涂Cr2O3陶瓷涂层的显微硬度显著提高，最高硬度达到HV1500，陶瓷涂层的耐磨性能明显改善。
关键词：钛合金，等离子喷涂，硬度，耐磨性能AbstractHigh-temperature mechanical properties of titanium alloy and thermal physical properties are not ideal. Its poor wear resistance, high friction coefficient and poor anti-oxidation in high temperature conditions, all of these limit its wide application. In the paper, the Cr2O3 ceramic coating was formed on the surface of titanium alloy by the plasma-sprayed technology. By the coating, hardness and wear-resistance property of the alloy’s surface were absolutely improved. And at the end of the experiment, the relation of experimental technique and samples’ performance was found.The microhardness of the ceramic coatings was measured by microharness tester. X-ray diffraction (XRD) and scanning electronic microscope (SEM) were used to study the phase construction,the morphology and wear resistance of the ceramic coating was measured by high-speed reciprocating friction and wear testing machine.The result shows that XRD detects that Cr2O3 was the only component of coating on the surface of titanium alloy. The maximum harness is HV1500, the harness and friction property of the surface of titanium alloy was improved greatly.Key words: titanium alloy, plasma spraying, hardness, friction properties目 录第一章 前 言 (1)1.1 钛合金的概述 (1)1.1.1 钛合金的性能 (1)1.1.2钛合金的应用与发展趋势 (3)1.2 热喷涂技术 (6)1.2.1 超音速等离子喷涂技术 (6)1.2.2 反应热喷涂技术 (7)1.2.3 电弧喷涂技术 (8)1.3 等离子喷涂技术 (8)1.4 本实验的主要研究内容 (9)第二章 实验材料、实验设备 (10)2.1 实验材料 (10)2.1.1 基体材料 (10)2.1.2 试样的制备 (11)2.2 实验设备 (11)2.2.1 预磨机 (11)2.2.2 金相试样抛光机 (11)2.2.3 金相镶嵌机 (12)2.2.4 摩擦磨损检测仪 (12)2.3 实验工艺 (12)2.3.1等离子喷涂的实验工艺 (12)2.3.2 等离子喷涂的实验装置 (13)2.3.3实验前后试样比较 (15)第三章 等离子喷涂Cr2O3陶瓷层的形貌、显微组织以及分析、硬度分析 (16)3.1等离子喷涂Cr2O3陶瓷层的形貌及显微组织分析 (16)3.1.1 实验设备 (16)3.1.2 实验试样的扫描电镜分析 (16)3.2 等离子喷涂Cr2O3陶瓷涂层的XRD 分析 (20)3.2.1 X射线衍射的物相分析原理 (20)3.2.2 等离子喷涂涂层XRD结果及分析 (21)3.3 等离子喷涂Cr2O3陶瓷涂层的硬度分析 (22)3.3.1 检测所用的设备 (22)3.3.2 显微硬度仪的原理 (23)3.3.3硬度检测实验结果 (23)第四章 等离子喷涂Cr2O3陶瓷层摩擦学性能分析 (31)4.1 摩擦学的论述 (31)4.1.1摩擦机理 (31)4.1.2 影响滑动摩擦的因素 (32)4.2 等离子喷涂Cr2O3陶瓷层的耐磨性检测 (32)4.2.1检测装置 (32)4.2.2摩擦系数测试原理 (34)4.3 往复摩擦试验结果及分析 (34)4.3.1 往复摩擦试验的图片分析 (34)4.3.2 往复摩擦实验的曲线分析 (36)第五章 技术经济分析报告 (45)第六章 结 论 (46)参 考 文 献 (47)致 谢 (49)声 明 (50)第一章 前 言1.1 钛合金的概述1.1.1 钛合金的性能钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1%，但其强度低、塑性高。
钛合金摩擦磨损及改善技术的研究进展
钛合金摩擦磨损及改善技术的研究进展作者：余成君来源：《现代盐化工》2020年第03期摘要：从钛合金摩擦磨损的外部影响因素以及摩擦过程产物出发，综述了有关钛合金摩擦磨损性能与机理的研究认识，总结了当下较为常用的4类表面处理方法，即表面改性技术、表面涂镀技术、表面合金化技术以及表面复合处理技术。
最后指出了当前改善技术存在的不足，并对钛合金摩擦磨损性能的研究方向作出了展望。
关键词：钛合金;摩擦磨损机理;表面处理技术钛合金自20世纪50年代实现工业生产之后，由于其具备生物相容性、超导、储氢、形状记忆等独特功能，而被广泛应用在医疗器械、化工、航天航空、舰船等领域[1]，成为一种不可或缺的材料。
一直以来，由于钛合金的低摩擦学属性，在实际工业应用中，钛合金的表面很容易发生摩擦磨损[2]，钛合金的摩擦磨损性能较差可认为有以下几个原因：（1）加工硬化率及塑性剪切抗力低。
（2）摩擦过程闪温致使氧化膜脆弱易脱落。
（3）表面硬度较差。
钛合金应用越广泛，所产生的磨损问题越多、越复杂[3]。
因此，理解并掌握钛合金在不同使用环境中的摩擦磨损机理是改善钛合金摩擦磨损性能的重要研究步骤，但是在当前关于钛合金摩擦磨损机理的有限研究中，许多解释还存在不统一的状况。
因此，本研究对当前的研究状况进行了综述，并根据影响因素总结了一些常用的表面处理技术。
1 钛合金的摩擦磨损钛合金因其优异的性能而在诸多领域得到了广泛的应用，然而，每种材料都有其优缺点。
钛合金因表面硬度较低、摩擦磨损性能较差，在很多情况下并不能满足实际生产要求。
针对钛合金摩擦磨损性能不足这一缺点，研究者做了大量研究，主要是为掌握钛合金摩擦磨损的机理，从而为改善钛合金的低摩擦学性能提供理论依据，钛合金的摩擦磨损形式主要有：冲蚀磨损、腐蚀磨损、粘着磨损、疲劳磨损以及微动磨损等[4]，在通常情况下，这几种形式的磨损是同时发生的，工况条件不同，磨损形式的主次也不同。
2 钛合金摩擦磨损的影响因素2.1 外部条件的影响因钛合金的塑性剪切抗力及加工硬化率较低，实际服役过程中，影响钛合金摩擦磨损性能的因素主要有载荷、位移幅值、温度、环境介质、对磨材料等。
TC21钛合金的高温微动磨损行为研究
TC21钛合金的高温微动磨损行为研究丁燕;柏林;薛超凡;王运动;陈光明;于敏;戴振东【摘要】采用高精度FTM高温微动磨损试验机研究TC21钛合金在150 ℃下的微动磨损行为.分析温度对摩擦系数及磨损率的影响;通过扫描电镜和能谱等方法研究钛合金 TC21在高温下磨痕形貌的变化情况、成分的变化和磨损机理.实验结果表明:温度对钛合金TC21摩擦系数的影响与微动位移有关,位移越小,温度对其影响越小;温度为150 ℃时,磨损量较室温降低了67.4% ~86.5%;磨损机理在常温下以磨粒磨损为主,并存在氧化磨损和粘着磨损,在150 ℃下以氧化磨损为主,伴随少量的磨粒磨损和粘着磨损.%The fretting wear characteristics of TC21 alloy are studied by using the FTM wear testing ma-chine at the elevated temperature of 150 ℃.The influence of temperature on friction coefficient and wear ratio is analyzed.Moreover,the changes of morphology and chemical elements on wear scar and the wear mechanism of TC21 alloy are discussed by the means of scanning electron microscope,energy dis-persive spectrometer.The results show that the influence of temperature on the friction coefficient of TC21 alloy is affected by the displacement.The displacement is small and the temperature has little effect on the friction coefficient of TC21 pared with the room temperature,the wear rate is decreased 67.4% —86.5% at 150 ℃.The primary wear mechanism of TC21 alloy is mainly abrasive wear,along with oxidation wear and adhesive wear at the room temperature,and that is oxidation wear at the temperatures of 150 ℃,along with a little abrasive wear and a dhesive wear.【期刊名称】《南京航空航天大学学报》【年(卷),期】2018(050)001【总页数】5页(P126-130)【关键词】TC21钛合金;高温;微动磨损【作者】丁燕;柏林;薛超凡;王运动;陈光明;于敏;戴振东【作者单位】南京航空航天大学航天学院,南京,210016;中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,兰州,730000;中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所,成都,610041;南京航空航天大学航天学院,南京,210016;南京航空航天大学航天学院,南京,210016;南京航空航天大学航天学院,南京,210016;南京航空航天大学航天学院,南京,210016;南京航空航天大学航天学院,南京,210016【正文语种】中文【中图分类】TH117.1TC21钛合金是中国自主研制的在中等温度使用的α+β两相钛合金，是在美国Ti-6-22-22S基础上开发的[1,2]。
航空用损伤容限型钛合金研究与应用
航空用损伤容限型钛合金研究与应用引言航空领域对材料的要求非常高，尤其是在结构件和发动机部件中，材料需要具备损伤容限性能。
损伤容限型钛合金由于其良好的机械性能和高温性能，成为航空领域中的理想材料。
本文将对损伤容限型钛合金的研究和应用进行全面的探讨和分析。
损伤容限型钛合金的定义损伤容限型钛合金是指具备在受到外界力量影响下能够承受一定程度损伤而不失去正常功能的特性。
这种特性主要体现在其抗裂纹扩展、抗疲劳性能和高温热稳定性上。
损伤容限型钛合金在航空领域中的重要性日益凸显。
损伤容限型钛合金的抗裂纹扩展性能损伤容限型钛合金的抗裂纹扩展性能是其重要的损伤容限性能之一。
它能够通过对裂纹进一步扩展前的止裂能力来衡量。
目前，常用的评价指标是K_IC值。
损伤容限型钛合金的抗裂纹扩展性能决定了其在航空应用中对裂纹扩展的抵抗能力。
损伤容限型钛合金的抗疲劳性能损伤容限型钛合金的抗疲劳性能在航空领域中尤为重要。
由于航空器的工作环境较为恶劣，材料容易受到交变载荷的损伤。
损伤容限型钛合金通过其优异的抗疲劳性能，延缓裂纹扩展速度，提高材料的寿命。
损伤容限型钛合金的高温热稳定性航空发动机运行温度较高，要求材料具备良好的高温热稳定性。
损伤容限型钛合金在高温条件下能够保持稳定的力学性能和化学性能，不失效、不变形，确保发动机的正常工作。
损伤容限型钛合金的研究进展损伤容限型钛合金的研究一直是航空材料领域的热点。
近年来，随着材料科学和工程的发展，研究人员通过改变合金元素、优化热处理工艺和表面处理等手段，不断改善了损伤容限型钛合金的性能。
改变合金元素的研究研究人员通过改变损伤容限型钛合金的合金元素组成，尝试引入新的合金元素，以提高材料的性能。
例如，添加微量的稀土元素可以提高钛合金的抗氧化性能和高温强度。
优化热处理工艺的研究热处理工艺对损伤容限型钛合金的性能有着重要的影响。
研究人员通过改变热处理工艺的温度、时间和冷却速率等参数，优化材料的组织结构和相变行为，提高材料的性能。