钛合金热浸镀铝镀层的磨损行为和磨损机理
钛合金热浸镀铝镀层的磨损行为和磨损机理
钛合金热浸镀铝镀层的磨损行为和磨损机理本文通过对TC4钛合金热浸镀后进行不同温度和时间的真空扩散处理,表面获得钛铝金属间化合物镀层。
采用MPX-2000型磨损试验机,针对经650℃扩散0.5h后的热浸镀铝镀层在不同工况条件下进行干滑动磨损实验,系统研究了镀层的磨损行为,采用SEM、XRD、EDS、XPS以及显微硬度仪等微观测试手段检测和分析了钛铝镀层的组成和结构以及磨面和剖面的形貌、物相、成分和性能,重点研究了钛铝镀层在磨损过程中摩擦层的形成及作用,探讨了磨损机理。
结果表明:TC4钛合金经热浸镀铝及扩散退火后获得TiAl<sub>3</sub>金属间化合物镀层。
扩散温度和保温时间对镀层的组织和结构有一定的影响。
分析可知,浸镀铝化后的TC4合金再经650℃扩散0.5h后所获得的钛铝镀层致密,与基体界面结合良好,硬度高达614HV。
而随着扩散时间的延长和温度升高,镀层出现了大量的裂纹和孔洞甚至剥落。
经650℃扩散0.5h后所获得的钛铝金属间化合物镀层质量最佳。
研究发现,钛铝金属间化合物镀层在不同载荷下磨损量随着滑动速度的升高而呈现相似的变化。
在滑动速度0.5-4m/s内,磨损量先随速度的升高而降低,在0.75m/s后磨损量先是平缓上升,然后急剧升高,在2.68m/s时,磨损量升至最高值。
随着速度继续升高,磨损量又开始下降,在4m/s下磨损量降至最低值。
在相同滑动条件下,钛铝镀层在高速4m/s时的耐磨性最好,而在2.68m/s时的耐磨性最差。
在相同滑动条件下,TC4合金的磨损量明显高于钛铝金属间化合物镀层,尤其在4m/s时,表现的更为显著。
可见,TC4合金经镀渗铝扩散获得钛铝金属间化合物镀层使耐磨性得到改善。
通过分析可以认为,这主要是由于钛铝镀层和摩擦层的共同作用的结果。
钛铝镀层在滑动过程中通过自身消耗或存在改善了TC4合金的耐磨性。
不同滑动条件下,镀层磨损表面皆形成了不同于基材的摩擦层。
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。
Sn、Ti对热浸镀铝镀层组织及高温抗氧化性能的影响
Sn、Ti对热浸镀铝镀层组织及高温抗氧化性能的影响热浸镀铝技术因镀件浸镀后可大大提高其耐蚀性及高温抗氧化性能而应用广泛,但存在着浸镀温度过高而带来的一系列问题。
高温不仅会对浸镀的设备造成损害,也会增加能耗,产生更高的成本;而且高温下铝与铁之间扩散反应剧烈,会导致热浸镀纯铝镀层的合金层过厚,影响镀件的成型加工性能。
在熔池中添加一种或者几种合金元素,提高熔池流动性,降低浸镀温度,减薄镀层合金层厚度并提高其高温抗氧化性能,是最为简便的一种方法。
本工作通过向热浸镀铝熔池中添加Sn和Ti元素,并借助扫描电子显微镜、能谱仪与X射线衍射分析仪等分析设备,分别研究了Sn对熔池流动性、镀层组织和抗高温氧化性能的影响以及Ti元素对镀层组织和抗高温氧化性能的影响。
为了获得表面质量良好的镀层,本工作还利用正交实验法研制了一种新型的助镀剂及相关助镀工艺。
将此助镀剂溶液加热至80℃,助镀处理3min,助镀后盐膜均匀、干燥时间短,浸镀后可获得表面平滑、均匀无漏镀的镀件。
在纯Al及Al-Si熔池中添加不同含量的Sn的热浸镀实验结果表明:随着浸镀时间的增加,镀层的合金层厚度呈抛物线形式增加,表面层厚度未发生变化。
随着熔池中Sn含量的增加,镀层合金层的厚度也在逐渐增加;在纯铝熔池和Al-5Si 熔池中添加不同含量的Sn后,固定提取速度和温度下得到的镀层的表面层厚度随Sn含量的增加而逐渐减少,说明Sn的加入,改善了熔池的流动性能,降低了镀液的粘度,有利于降低熔池的浸镀温度;在800℃高温循环氧化100h的性能测试中发现,在实验范围内,随着Sn含量的增加,Al-Sn镀层的氧化速率逐渐增加,抗高温氧化能力逐渐降低,而Al-5Si-Sn镀层的氧化速率逐渐减少,其抗氧化性能力逐渐增强。
Al-Sn镀层的氧化产物主要有Al2O3、Fe2O3、SnO2,Al-5Si-Sn镀层除以上氧化产物外还有SiO2。
在纯Al及Al-5Si熔池中添加不同Ti含量的热浸镀实验结果表明:随着熔池中Ti含量的增加,纯Al熔池中浸镀试样的镀层的合金层厚度由98.40μm逐渐降低至54.37μm,而在Al-5Si熔池中,镀层的合金层厚度则逐渐增加;在800℃高温循环氧化100h的性能测试中发现,随着Ti含量的增加,铝钛镀层和铝硅钛镀层的氧化速率均在逐渐减少,高温抗氧化性能逐渐提高。
热浸镀铝研究报告
热浸镀铝研究报告
热浸镀铝是一种重要的防腐蚀技术，主要是在金属表面涂上一层铝，
这种方法可以提高金属的耐腐蚀性能和电气性能。
以下是热浸镀铝研究的
报告：
1.热浸镀铝的工艺。
热浸镀铝的工艺主要包括表面准备、表面化学处理、热浸镀铝和后处
理等步骤。
表面准备是为了保证金属表面干净无油污，表面化学处理主要
是处理金属表面的化学反应，使得热浸镀铝可以顺利进行。
2.热浸镀铝的机理。
热浸镀铝的机理主要是在铝与金属表面的反应中生成了一层亲密的化
合物层，这种化合物层可以提高金属的耐腐蚀性能和电气性能。
3.热浸镀铝的应用。
热浸镀铝在船舶、汽车、冶金、化工等领域应用广泛，尤其在海洋环
境下，热浸镀铝可以有效地提高金属的耐腐蚀性能。
4.热浸镀铝的发展趋势。
热浸镀铝技术已经存在了很长时间，但是还有一些问题需要解决，比
如操作难度大、工艺控制难等问题，因此需要进一步的研究和发展。
同时，热浸镀铝的应用范围也在不断扩大，尤其在电子、航空等领域，热浸镀铝
的应用前景非常广阔。
总之，热浸镀铝是一种非常重要的防腐蚀技术，在工业生产和日常生
活中都有广泛的应用。
我们需要进一步加强热浸镀铝技术的研究，扩大它
的应用范围，为我们的经济发展和生活提供更好的保障。
钛合金表面Ti-Al合金扩散层的摩擦性能研究
写一篇钛合金表面Ti-Al合金扩散层的摩擦性能研究的报告，
600字
本文对Ti-Al合金表面的摩擦性能进行了研究。
Ti-Al合金是一种钛合金，它由60％的钛和40％的铝组成，具有良好的力学性能和耐腐蚀性。
本研究聚焦于Ti-Al合金表面上形成的
Ti-Al扩散层，以了解其摩擦性能。
在Ti-Al合金表面上形成的Ti-Al扩散层是由原子间相互作用形成的，从而提高了其耐腐蚀性。
为了研究其摩擦性能，实验中使用了循环弯曲和腐蚀剥落试验。
通过循环弯曲试验，发现Ti-Al合金表面的摩擦系数降低了，说明了层的存在减少了表面的摩擦性能。
此外，腐蚀剥落试验测试显示，Ti-Al扩散层在HClO4溶液中的腐蚀抗力极强，有效地抵抗了化学腐蚀，进而提高了摩擦耐久性。
此外，实验中还研究了不同表面状态下Ti-Al合金的摩擦学性能。
实验结果表明，经过抛光处理后，摩擦系数最小，表明在这种表面状态下，其摩擦学性能最佳。
综上所述，Ti-Al合金表面的Ti-Al扩散层对于提高摩擦性能是十分有效的。
腐蚀性能强，抗摩擦性能优良，而且不同表面状态下的摩擦系数也有差异。
因此，Ti-Al合金表面的Ti-Al 扩散层是一种有效的改善摩擦性能的方法。
钛合金零件的表面镀层研究
钛合金零件的表面镀层研究钛合金是一种重要的结构材料，具有高强度、轻质和抗腐蚀等优点，广泛应用于航空、航天、汽车和生物医学等领域。
然而，由于其化学惰性和较高的反应活性，钛合金的表面容易受到氧化、腐蚀和磨损的影响，限制了其进一步应用。
为了改善钛合金的性能，表面镀层技术成为目前研究的热点之一。
一、表面镀层的分类表面镀层主要分为化学镀、电镀和物理气相沉积。
化学镀是利用化学反应在基材表面镀上一层附着力强的薄膜，常见的有电解镀镍、镀铜等；电镀是利用电流通过电解液使金属离子沉积在基材表面形成金属镀层；物理气相沉积是通过高温或高压条件下，将固态材料直接蒸发或溅射到基材表面形成薄膜。
不同的表面镀层方法适用于不同的钛合金零件，需根据具体情况进行选择。
二、表面镀层的功能钛合金零件的表面镀层可以起到多种功能。
首先，镀层可以提高钛合金的耐腐蚀性能。
常见的镀层如锌、镍和铬，都具有优良的抗氧化和抗腐蚀性能，可以有效延长钛合金零件的使用寿命。
其次，镀层可以改善钛合金的摩擦和磨损性能。
例如，钛合金零件表面镀上硬质合金镀层，可以提高其耐磨性能，延长使用寿命。
此外，表面镀层还可以提高钛合金的导电性、导热性和光学性能，扩大其应用范围。
三、表面镀层的研究进展近年来，钛合金零件的表面镀层研究取得了很多进展。
一方面，通过改进镀液的配方和工艺条件，成功制备了一系列新型镀层，如钛合金表面氮化镀层、钛合金碳化镀层等。
这些镀层在提高钛合金表面性能的同时，还可以实现环境友好和节能减排。
另一方面，表面镀层的复合技术也得到了广泛应用。
通过将不同功能的镀层组合在一起，可实现多种性能的综合优化，提高钛合金零件的性能。
例如，硬质合金/金属复合镀层可以同时具有高硬度和高抗腐蚀性。
四、表面镀层的应用前景钛合金零件的表面镀层技术在航空、航天和汽车等领域具有广泛的应用前景。
随着航空和航天产业的快速发展，对钛合金零件的性能要求也越来越高。
表面镀层技术可以显著改善钛合金的耐腐蚀性和磨损性能，提高零件的可靠性和使用寿命。
医用钛合金表面改性层腐蚀及腐蚀-磨损性能及研究
医用钛合金表面改性层腐蚀及腐蚀-磨损性能研究摘 要钛及钛合金因具有质轻、耐腐蚀性能优异、生物相容性好、较低的弹性模量等优异特性，被认为是理想的生物医用金属材料，但其摩擦学性能低劣。
在电解质环境中，表面被机械划伤后，可导致表面钝化层的破坏，出现磨损-腐蚀加速。
针对目前被广泛使用的医用植入钛合金Ti6Al4V（TC4）在模拟人工体液(Hank’s溶液)、模拟人工唾液及蒸馏水中可能出现的腐蚀-磨损问题，鉴于性能优良的钛-钼系的β型钛合金是医用钛合金的发展趋势考虑，我们拟以等离子表面合金化技术在钛合金（TC4）表面制备含钼合金化改性层，并对其组织结构、腐蚀及腐蚀-磨损性能分别进行研究。
采用GDS 、SEM、XRD等手段对改性层的成分与组织结构分别进行检测。
对改性层的制备工艺及组织结构进行试验对比，得到利用等离子表面合金化技术制备一定厚度致密的合金化层的最佳工艺。
利用电化学分析方法，对比研究未经表面改性处理的基材和经过渗钼、钼氮共渗和渗氮表面改性处理的试样在Hank’s溶液、模拟人工唾液及蒸馏水中的电化学腐蚀行为。
结果表明：表面改性处理对钛合金（TC4）的耐蚀性有不同程度的影响。
其中钛合金经钼氮共渗表面改性处理后，在三种不同介质中的耐蚀性能均得到改善。
借助腐蚀-磨损试验，考察了未经表面改性处理的基材和经过钼氮共渗表面改性处理的试样在大气、Hank’s溶液、模拟人工唾液及蒸馏水中的腐蚀-磨损行为。
结果显示：钛合金（TC4）经过钼氮共渗表面处理后，耐磨性可以提高近十倍。
表明钼氮表面改性层可以有效保护较软的基体，使钛合金（TC4）的摩擦学性能得到很大改善。
以上系统研究结果表明：钼氮共渗处理可以有效提高钛合金（TC4）的耐蚀性和腐蚀-磨损性能。
因此等离子表面冶金技术在生物医用钛合金表面改性方面是一种比较有效的方法。
关键词：钛合金，等离子表面合金化技术，改性层，电化学腐蚀，腐蚀-磨损CORRSION AND CORROSION-WEAR BEHA VIOR OF MODIFIED LAYERS ON BIOMEDICAL TITANIUM ALLOYABSTRACTTitanium and its alloys are desirable metal biomaterial, due to their lower density, excellent corrosion resistance, better biocompatibility and low elastic modulus .However, the deficiencies of titanium alloy are obvious as well, such as inferior tribological property, low hardness. When its surface passivation film is destroyed by mechanical damage, which will cause aggravation of corrosive-wear in some electrolyte environment.Focusing on the corrosive-wear issues of implantation titanium alloys (Ti6Al4V) in artificial body solution, artificial saliva and water, and considering of excellent property Ti-Mo β titanium alloys, in this paper, Mo, Mo-N modified and nitrided layers were fabricated on Ti6Al4V alloy base by plasma surface alloying technique. The component, microstructure, electrochemical corrosion properties and corrosive-wear behaviors of these surface modified Ti6Al4V alloy were investigated.The microstructure and composition of the surface modified layer were investigated by SEM, X - ray diffraction (XRD) and glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES). The modified layer preparation process andits microstructure were compared. Results show the certain thickness and compact alloy layer can be obtained by plasma surface alloying technology.Applying electrochemical analysis method, the electrochemical corrosive behavior of base material Ti6Al4V and modified Ti6Al4V in artificial body solution, artificial saliva and distilled water have been tested and compared respectively. Results show that surface modification treatment affect corrosion resistance of TC4 differently, and Mo-N modified layer perform very good corrosion resistance in above three different media.The corrosive-wear behavior of base material Ti6Al4V and Mo-N modified Ti6Al4V have been tested and compared in air, artificial body solution, artificial saliva and distilled water. Results show that Mo-N modified layer can improve wear resistance of Ti6Al4V about ten times, and perform excellent corrosive-wear resistance in above four different media. Further investigation manifest Mo-N modified layer can effectively protect pliabler Ti6Al4V substrate and has much better friction-reducing and anti-wear ability.It is indicated that Mo-N modified layer have excellent property of corrosion resistance and wear resistance, and can remarkablly improve tribological property of Ti6Al4V .KEY WORDS: Titanium alloy, Plasma surface alloying technology, surface modified layer, electrochemical corrosion, corrosion-wear第一章文献综述1.1 钛及钛合金1.1.1 概述钛在地壳里的分布范围比较广泛，世界储量约34亿吨，在所有元素中含量居第九位[1]。
热浸镀铝锌镀层电化学腐蚀行为的的研究
摘要热浸镀Al-Zn合金镀层已广泛应用于钢铁制品的一种防腐保护。
从国内外目前主要采用的钢铁制品的铝锌合金镀层产品看，55%Al-Zn-Si体系的合金镀层被证明具有良好的防腐蚀性能，特别是美国伯利恒钢铁公司开发的已商品化的55%Al-43.4%Zn-1.6%Si合金镀层防腐效果尤佳。
本论文在分析文献的基础上，在前期摸索国外商品热浸镀55%Al-Zn-Si镀层的结构和制备工艺的基础上，采用自制的热浸镀装置和工艺，对Q235钢的热浸镀铝镀层和55%Al-Zn合金镀层进行了表征和电化学腐蚀性能、机理等方面的研究，并着重从钢的表面处理方式、热浸镀工艺（预热温度、浸镀温度及冷却方式等）及添加稀土元素等因素研究了镀层形貌、组成与其耐蚀性能的影响关系。
主要结论如下：1. 采用自制的热浸镀装置和工艺可以制备出合适的铝镀层及与国外商品热浸镀55%Al-Zn-Si合金镀层成分相似的产品；2、自制的热浸镀铝锌合金镀层产品的组成、结构及形貌对其腐蚀性能有一定的影响；3、通过电化学手段对自制的55%Al-Zn-Si镀层在3.5%NaCl腐蚀介质中的腐蚀演变规律的研究表明，55%Al-Zn-Si镀层在腐蚀过程中，表面形成的致密氧化铝保护层及Al自身的高耐腐蚀可以有效提高235钢基体的耐腐蚀性能，说明镀层的保护效果明显。
4、Q235钢的前处理方式不同，对热浸镀铝镀层的形貌和耐蚀性性能有极大的影响。
在长期浸泡腐蚀实验中，冷水漂洗的钢基热浸镀铝锌镀层要比热水漂洗的钢基热浸镀铝锌镀层具有更好的耐蚀性能。
5、预热温度为640℃和650℃，浸镀温度为640℃时，镀层具有较高的耐蚀性能和较长的腐蚀寿命，过高或过低的预热温度对镀层的耐蚀性能均有不良的影响；水冷方式制备的铝锌合金镀层的耐蚀性能要明显好于空冷方式制备镀层的耐蚀性能。
6、在热浸镀工艺过程中加入一定量的稀土能有效改善热浸镀产品的结构、形貌及其腐蚀性能。
适量添加稀土，能明显抑制镀层的针孔，使镀层表面更加平整光亮，耐腐蚀性能更好。
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钛合金热浸镀铝镀层的磨损行为和磨损机理本文通过对TC4钛合金热浸镀后进行不同温度和时间的真空扩散处理,表面获得钛铝金属间化合物镀层。
采用MPX-2000型磨损试验机,针对经650℃扩散
0.5h后的热浸镀铝镀层在不同工况条件下进行干滑动磨损实验,系统研究了镀
层的磨损行为,采用SEM、XRD、EDS、XPS以及显微硬度仪等微观测试手段检测和分析了钛铝镀层的组成和结构以及磨面和剖面的形貌、物相、成分和性能,重点研究了钛铝镀层在磨损过程中摩擦层的形成及作用,探讨了磨损机理。
结果表明:TC4钛合金经热浸镀铝及扩散退火后获得TiAl<sub>3</sub>金属间化合物镀层。
扩散温度和保温时间对镀层的组织和结构有一定的影响。
分析可知,浸镀铝化后的TC4合金再经650℃扩散0.5h后所获得的钛铝镀层致密,与基体界面结合良好,硬度高达614HV。
而随着扩散时间的延长和温度升高,镀层出现了大量的裂纹和孔洞甚至剥落。
经650℃扩散0.5h后所获得的钛铝金属间化合物镀层质量最佳。
研究发现,钛铝金属间化合物镀层在不同载荷下磨损量随着滑动速度的升高而呈现相似的
变化。
在滑动速度0.5-4m/s内,磨损量先随速度的升高而降低,在0.75m/s后磨损量先是平缓上升,然后急剧升高,在2.68m/s时,磨损量升至最高值。
随着速度继续升高,磨损量又开始下降,在4m/s下磨损量降至最低值。
在相同滑动条件下,钛铝镀层在高速4m/s时的耐磨性最好,而在2.68m/s时的耐磨性最差。
在相同滑动条件下,TC4合金的磨损量明显高于钛铝金属间化合
物镀层,尤其在4m/s时,表现的更为显著。
可见,TC4合金经镀渗铝扩散获得钛铝金属间化合物镀层使耐磨性得到改善。
通过分析可以认为,这主要是由于钛铝镀层和摩擦层的共同作用的结果。
钛铝镀层在滑动过程中通过自身消耗或存在改善了TC4合金的耐磨性。
不同滑动条件下,镀层磨损表面皆形成了不同于基材的摩擦层。
研究发现,钛铝镀层的抗磨性取决于摩擦层的特征和性能。
而摩擦层的特征和性能决定了钛铝镀层磨损机理。
在0.75m/s速度下,摩擦层较为连续,厚度较大,其中含有一定量的氧化物,具有较高的HV<sub>outmost</sub>510和增加的ΔHV<sub>outmost</sub>113,这种稳定的并含陶瓷性的摩擦层具有一定的保护作用,降低磨损量,此时镀层的磨损机理主要是粘着磨损和氧化磨损;4m/s速度下,摩擦层变得连续、致密,其中含大量的摩擦氧化物,具有更高的HV<sub>outmost</sub>772和增加的Δ
HV<sub>outmost</sub>68,这种稳定的并以陶瓷性为主的摩擦层对基材具有显著的保护作用,降低磨损量,此时镀层的磨损机理是氧化轻微磨损;然而,2.68m/s 速度下,略厚的摩擦层不连续、疏松,且层中几乎不含氧化物,具有低的
HV<sub>outmost</sub>491和降低的ΔHV<sub>outmost</sub>101,这种不稳定的金属性摩擦层对基材无保护作用,磨损量最高,镀层的磨损机理是剥层磨损。