Ti6Al4V无氢离子渗氮摩擦学性能的研究

以N2和Ar的混合气为气源，在Ti6Al4V表面离子渗氮形成渗氮层。对渗层的相结构、表面粗糙度、显微硬度及与基体的结合强度等进行了测试分析，并用球-盘滑动磨损试验机对渗层的摩擦学性能进行了研究。结果表明：在N2／Ar=1：1，900℃的渗氮条件下，渗氮层主要由化合物Ti2N，TiN和氮在α-Ti中的固溶体α相等相组成；渗氮后试样的表面粗糙度增大；渗氮层的硬度较基材Ti6Al4V有很大提高，且与基体间有较好的结合强度；在球-盘滑动磨损试验中，渗氮层无减摩效果，但其耐磨性较基材Ti6Al4V大大增强。     

SiO_2、Al_2O_3、ZrO_2对磨副材料对离子渗氮工业纯钛TA2磨损性能的影响

研究了离子渗氮处理工业纯钛TA2与硬质材料对磨的磨损性能。采用球盘摩擦磨损试验机评价摩擦学性能,选取了3种硬度的对磨副材料Si O2、Al2O3、Zr O2。利用光学显微镜、白光三维形貌仪、X射线衍射仪和显微硬度计分别对渗氮前后TA2的微观组织结构和硬度进行表征,并分析磨痕的表面形貌及元素组成。结果表明,渗氮后TA2表面生成了80μm厚的Ti N、Ti2N和α-Ti(N)硬质相渗氮层,表面硬度由140 HV提高至1260 HV,耐磨性能得到了提高。未处理样品的磨损机制主要是严重的黏着磨损、塑性形变和一定程度的磨粒磨损;渗氮样品的磨损机制主要为磨粒磨损,磨损率随对磨副材料硬度的升高而增大。     

TC4钛合金螺栓真空渗氮组织及性能

采用真空技术对TC4钛合金螺栓进行表面渗氮。运用金相显微镜、XRD、显微硬度计、磨损试验机及疲劳试验机研究了渗氮层的显微组织和性能。在相同条件下进行磨损及微动疲劳试验。结果表明,钛合金螺栓经820℃真空渗氮10 h后,渗氮层物相主要由Ti N、Ti2Al N和Ti3Al组成,获得了由氮化物层和氮扩散区组成的致密渗氮层。表面硬度为1100~1200 HV,与基体硬度相比,提高了近3倍,硬化层深度达60~70μm。渗氮试样磨损失重为未渗氮试样的1/3,表面磨痕细密,平均微动疲劳寿命提到了20.2%。TC4钛合金螺栓经真空渗氮后,硬度、耐磨性和微动疲劳寿命得到了明显改善。     

表面离子渗氮对数控机床主轴的组织与耐磨性能的影响

通过金相、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射分析等手段对数控机床主轴用钢渗氮层进行了显微组织、物相组成和耐磨性能测试,并分析了渗氮层摩擦磨损机理。结果表明,渗氮主轴用钢的氮化层深度约为350μm,氮化层最大硬度为900 HV,基体硬度约为326 HV;氮化层表面化合物层的厚度约为6.4μm,与基体之间的界面连接良好,主要由大量的Fe_3N和少量的Fe_4N构成的复相组织;渗氮钢在相同条件下的摩擦系数都要比未渗氮钢更低且更为稳定,表明渗氮层在滑动摩擦磨损过程中可以起到较好的减磨效果;在相同磨损条件下,渗氮主轴用钢的磨损量和失重率较未渗氮主轴用钢小得多,即前者具有更好的抗磨损性能;未渗氮钢的磨损机制主要为氧化磨损、磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损,而渗氮钢的磨损机制主要为氧化磨损、轻微磨粒磨损和轻微粘着磨损。     

20CrMnTi钢快速感应渗氮强化

采用真空感应渗氮方法在20Cr Mn Ti钢表面制备渗氮层,利用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机等分析了渗氮层的物相、组织结构、致密性、显微硬度梯度和耐磨性。结果表明:真空脉冲感应渗氮1 h就能够制备出较为致密的渗氮层,其硬度超过800 HV0.025,扩散层深度达到300μm;渗氮层主要由合金氮化物(Mn_4N,Cr_2N)和铁氮化合物(Fe_(4.4)N,Fe_3N,Fe_2N)组成,随着渗氮压力的增加,渗氮层由含氮量低的铁氮化合物逐渐转变为高氮的铁氮化合物;感应渗氮的气体压力对渗氮层的厚度影响不大,随着渗氮气体压力的增加,渗氮层的厚度有小幅度的增加,但是当渗氮气体压力过大时,渗氮层的脆性增大;当渗氮气体压力为-30 k Pa时,渗氮层的磨损率最低,大大提高了基体的耐磨性。     

304 不锈钢低温离子渗氮及氮碳共渗处理

目的研究304不锈钢离子渗氮层和氮碳共渗层的组织、硬度及耐磨、耐蚀性能,并考察渗层的磨损机理。方法利用离子渗氮及氮碳共渗工艺在304不锈钢表面获得硬化层,利用XRD,OM及共聚焦显微镜、显微硬度仪、电化学测试仪,分析处理前后渗层的组织、相结构及渗层的硬度及耐磨耐蚀性能。结果 304不锈钢氮碳共渗和渗氮层主要为S相层,在相同工艺条件下,氮碳共渗工艺获得的渗层为γN+γC的复合渗层,且厚度大于单一渗氮层。渗氮层和氮碳共渗层硬度约为基体硬度的3.5倍。在干滑动摩擦条件下,氮碳共渗层比渗氮层具有更好的耐磨性能;渗氮层的磨损机理为磨粒磨损的犁沟效应和断裂,氮碳共渗层的磨损机理为磨粒磨损的犁沟和微切削。电化学测试表明,渗氮层和氮碳共渗层的耐蚀性能均优于基体。结论 304不锈钢在420℃进行离子渗氮和氮碳共渗处理后,硬度和耐磨性能可大幅提高,且氮碳共渗处理效果更佳。     

渗氮层组织调控对42CrMo钢磨损性能的影响

研究了42CrMo钢在530℃,0.02 MPa~(1/2)氮势和0.365 MPa~(1/2)氮势条件下的气体渗氮行为,表征了其渗氮层的相结构、显微组织、硬度以及韧性,通过调控氮势和渗氮时间获得了有效硬化层厚度相同的有化合物层和无化合物层试样,并在100 N和300 N的载荷下进行了磨损实验,建立了质量损失速率模型。结果表明:渗氮处理能有效提高材料的耐磨性,在100 N载荷时,试样为典型的粘着磨损,有化合物层试样由于具有较高的硬度,在低载时表现出较好的耐磨性,而在300 N载荷时,由于化合物层韧性较差,极易剥落,其主要磨损形式由粘着磨损变为磨粒磨损,磨损量急剧增加,耐磨性下降,无化合物层试样在高载时具有更好的耐磨性。     

Q235钢离子渗铬及渗氮复合处理的耐磨性

利用针状铬丝在Q235钢表面进行1000 ℃×4 h等离子渗铬,对渗铬试样分别进行(480、520、560 ℃)×6 h的离子渗氮处理.对经过渗铬和离子渗氮处理的试样进行磨粒磨损耐磨性试验.结果表明,Q235钢渗铬后表面铬含量为22wt%,渗层厚度为50 μm.渗铬层经渗氮处理形成了含铬氮化物(CrN、Cr2N)及少量含铬碳化物(Cr23C6)组成的表面强化层,表面显微硬度最高达1500 HV0.1.磨粒磨损试验表明,与未处理Q235 试样比较,渗铬并经过480、520、560 ℃离子渗氮处理的试样耐磨性分别提高了1.50、3.05和1.44倍;520 ℃离子渗氮试样较T10钢淬火+低温回火试样及3Cr13离子渗氮试样分别提高了2.20倍和2.73倍.     

低温离子氮碳共渗温度对AerMet100钢摩擦学性能的影响

研究了不同温度对AerMet100钢渗氮层和氮碳共渗层的显微组织、表面硬度、渗层截面硬度梯度以及耐磨性的影响,并考察了渗层的磨损机理。结果表明,氮碳共渗层相较于渗氮层表面生成的化合物更加细小,表面更加平整光滑;离子渗氮、离子氮碳共渗处理都可显著提高AerMet100钢的表面硬度;随着温度的增加,共渗层厚度也明显增加;氮碳共渗层比渗氮层具有更低的摩擦因数,在共渗温度为480 ℃时氮碳共渗试样具有最低摩擦因数和磨损率,表现出最佳的耐磨性。渗氮层的磨损机理为氧化磨损和表面疲劳磨损,氮碳共渗层的磨损机理为氧化磨损、磨粒磨损以及表面疲劳磨损。     

QPQ氮化时间对316L不锈钢组织和性能的影响

对316L不锈钢进行了QPQ(Quench-Polish-Quench)处理,研究了600℃渗氮温度下保温(60、90、120、150和180min)后渗层的组织和性能。利用光学显微镜、SEM、XRD、显微维氏硬度计和摩擦磨损机分析材料渗层的显微组织、物相、硬度和耐磨性。结果表明,316L不锈钢经QPQ处理后,渗层表面氧化层由Fe3O4组成,中间化合物层的物相主要包括Fe2~3N、Fe4N、Cr N和α-N相,靠近基体的扩散层主要由Cr N和γN相组成。随着渗氮时间延长,化合物层厚度从60 min的16.54μm增加到180 min的34.94μm,化合物层厚度与渗氮时间呈抛物线关系。与未处理试样相比,QPQ处理试样硬度值提高了4~6倍。干摩擦磨损测试表明,未处理试样表面发生粘着磨损,磨损量和磨损率较大;渗氮后150 min试样耐磨性最好。     

离子渗氮对AISI304L不锈钢磨损性能的影响

对AISI 304L不锈钢在450和500℃离子渗氮处理进行了研究,分析了渗氮对析出相、硬度、厚度、冲蚀磨损和高压釜中微动磨损性能的变化。详细分析了渗氮试样在垂直粒子冲蚀下的耐冲蚀磨损性能,并探讨了其冲蚀磨损机制。结果表明,渗氮层有γN和Cr N相析出;450℃和500℃下的渗层厚度分别为2和20μm;渗氮层的硬度都高于1000 HK。渗氮试样在高压釜中的耐微动磨损性能有大幅度的提高,尤其是450℃离子渗氮处理的试样,比未处理试样提高了29.4倍。     

热等离子束照射工业纯钛快速渗氮制备表面氮化层

以热等离子束作为等离子源,以氮气、氢气混合气体作为工作气体,对工业纯钛进行表面渗氮处理,并利用显微硬度仪、X射线衍射仪、扫描电镜、金相显微镜分别对氮化后试样进行显微硬度测定、相结构及断面形貌分析.结果表明:在等离子束对试样进行15 min的照射后即可在工业纯钛(TA2)表面获得具有一定厚度的硬度较高的氮化层.     

离子渗氮工艺参数对4Cr5MoSiV钢表层组织与性能的影响

目的 研究离子渗氮的温度及时间对4Cr5MoSiV钢渗氮层组织、表面硬度及耐磨性的影响,获得提高硬度、耐磨性的最优工艺参数。方法 对4Cr5MoSiV钢表面进行离子渗氮处理,渗氮温度分别为450、480、510、540 ℃,保温时间分别为5、10、15、20 h。利用维氏显微硬度仪测量渗层深度及表面硬度;利用X射线衍射仪分析渗层物相组成;利用摩擦磨损试验机评价试样耐磨性;通过扫描电镜观察表面磨痕区域。结果 离子渗氮渗层表面的物相主要为γ''-Fe4N相和ε-Fe2~3N相。在实验范围内,随着温度的升高或时间的增加,材料渗层深度、表面硬度增加,磨损率减少,但当温度过高或时间过长时,表面硬度下降,磨损率增加。在480 ℃的条件下进行20 h离子渗氮的材料,表面具有最好的摩擦学性能,表面硬度为1147 HV0.2,磨损率为2.13×10-5 mm3/(N?m),渗氮层深0.24 mm,化合物层深14.05 μm,摩擦系数为0.45,磨损状态为磨粒磨损。结论 离子渗氮是适合于变截面弹簧的表面强化方式,可以在材料表面形成具有一定厚度、均匀分布的渗氮层组织,显著提升表面硬度和耐磨性,降低摩擦系数。     

热等离子束照射工业纯钛快速渗氮制备表面氮化层

以热等离子束作为等离子源，以氮气、氢气混合气体作为工作气体，对工业纯钛进行表面渗氮处理，并利用显微硬度仪、X射线衍射仪、扫描电镜、金相显微镜分别对氮化后试样进行显微硬度测定、相结构及断面形貌分析。结果表明：在等离子束对试样进行15min的照射后即可在工业纯钛（TA2）表面获得具有一定厚度的硬度较高的氮化层。     

甲酰胺浓度对38CrMoAl钢液相等离子电解渗氮过程的影响

采用液相等离子电解渗氮技术,研究了不同甲酰胺浓度对38CrMoAl钢渗氮层组织及性能的影响。利用OM、SEM、XRD观察分析渗氮层的微观组织结构和物相构成,RF-GDOES和Parstat2273电化学工作站分别表征渗氮层的元素分布和耐蚀性,并测试分析了渗层截面的显微硬度。结果表明,随着电解液中甲酰胺浓度的升高,渗氮致密层、白亮层、扩散层厚度呈先增加后降低的趋势,渗氮层最大显微硬度值呈增加的趋势;当甲酰胺浓度升高至70%时渗氮层达到最大,为125μm,白亮层为51μm;渗氮后扩散层硬度值较高,而心部组织硬度较未处理试样提升约2倍;渗氮层表层主要含Fe2N和Fe3N相,扩散层以Fe16N2、FeN相为主,过渡层主要为α-Fe、FeN0.097相;渗氮层的耐蚀性优于未经处理试样。     

激光气体渗氮工艺对TC4钛合金表面性能的影响

钛合金属于粘性材料,易发生粘着磨损,为提高钛合金件作为摩擦副使用时的寿命,需提高钛合金表面硬度及耐磨性。利用连续激光器在TC4合金表面进行激光气体渗氮,生成金黄色的氮化层。用SEM、EDS、XRD分析试样渗氮层的微观组织、元素分布以及物质组成。结果表明,经激光气体渗氮后在TC4表面生成了以Ti N为增强相的改性层,并且在未渗氮区有黑色粉末状Ti N生成。表层由氮化层、热影响区及母材组成。渗氮层与基材发生冶金结合,结合强度高,不易剥落。随着激光功率的提升,渗氮层厚度及硬度都有所增加。当功率为1 200 W时,钛合金表面渗氮层最高硬度超过1 800 HV0.3,渗氮层厚度也最大。在氮气流量为10 L/min时整个渗氮层中氮元素的含量相对较高。经过激光气体表面渗氮后渗氮层的摩擦系数较基体材料摩擦系数有明显降低,耐磨性更好。     

Ti17合金表面电火花沉积硅青铜涂层

用硅青铜(QSi3-1)电极,分别在硅油和氩气中对Ti17钛合金进行了电火花表面强化.利用扫描电镜、X射线衍射仪、辉光放电光谱仪、显微硬度计和MM200磨损试验机等对强化层的成分、组织、硬度和耐磨性进行了研究.结果表明,用QSi3-1电极在氩气和硅油中于30V、1500μF的电参数下.分别可获得显微硬度高达HV550和HV494、厚度约10μm和5μm的强化层;前者所得强化层以Ci3Cu、Cu为主,同时还有少量的TiSi2和Ti;后者所得强化层由Ti3Cu和Cu相及少量TiO、Ti2N、Ti3SiC2相组成;在试样转速为200r/min,干圆环摩擦磨损条件下、在氩气和硅油中强化试样的磨损量仅为钛合金基体的1/56和1/24.钛合金基体主要以氧化磨损和粘着磨损为主;表面改性层磨损的原因则与强化层脱落造成磨粒磨损有关.     

工业纯钛TA2离子渗氮后的组织结构与真空摩擦磨损性能研究

为研究工业纯钛TA2经离子渗氮技术处理后的真空摩擦磨损性能,利用光学显微镜、白光三维形貌仪、X射线衍射仪和显微硬度计分别对渗氮前后材料的微观结构、表面形貌及表面粗糙度、相组成和硬度进行表征。采用真空摩擦磨损试验机对TA2渗氮前后的摩擦磨损性能测试后,使用白光三维形貌仪、扫描电镜及其附带能谱仪分析磨痕的表面形貌及磨痕表面的元素组成。结果表明:离子渗氮后,TA2表面形成的渗氮层主要由Ti N、Ti2N和α-Ti(N)等硬质相组成,厚度约为80μm,且表面HV硬度由1.40 GPa提升至12.60 GPa;离子渗氮处理使TA2在真空环境中的摩擦系数和磨损体积显著降低,从而有效减摩抗磨;然而在大气条件下,渗氮层的形成导致材料的摩擦系数和耐磨性均显著提高;此外,离子渗氮后材料的磨损机制也发生显著改变:在大气条件下,渗氮后样品的磨损机制由原始样品的磨料磨损、塑性形变及轻微粘着磨损共同作用转化为严重塑性形变、粘着磨损和材料转移,而在真空环境中,原始样品表面主要发生了粘着磨损、塑性形变同时伴有轻微的磨料磨损,而渗氮后材料磨损机制则为磨料磨损。     

氮化钛 / 氧化钛复相陶瓷涂层的干滑动摩擦磨损性能

目的研究等离子喷涂Ti N/Ti O复相陶瓷涂层的微观组织结构、显微硬度及干滑动摩擦磨损行为和机理。方法采用等离子喷涂技术,在45#钢表面制备Ti N/Ti O复相陶瓷涂层。分析涂层的相组成,测试涂层的硬度。通过磨损试验研究Ti N/Ti O复相陶瓷涂层的磨损行为,并观察涂层的磨损形貌,测试磨损表面的成分组成,探讨Ti N/Ti O复相陶瓷涂层的磨损机理。结果 Ti N/Ti O复相陶瓷涂层均匀致密,平均厚度为350μm,具有明显的层状结构,孔隙率为4.3%,显微硬度为1444HV0.1。在载荷30~50 N、转速370~1102 r/min的范围内,Ti N/Ti O复相涂层与GCr15对磨的摩擦系数为0.0963~0.2778,磨损量为1.32~6.8 mg。随着载荷的增加,摩擦系数下降;随着载荷和转速的增加,磨损量增加。结论等离子喷涂制备的Ti N/Ti O复相涂层组织致密,显微硬度高,在低速低载荷时表现出较好的耐磨性,但随着载荷和转速的增加,耐磨性降低。涂层的磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损。     

锆合金表面渗氮层对TiAlN涂层结合力的影响

对锆合金基材表面分别进行离子渗氮和气体氮碳共渗,然后采用多弧离子镀技术在锆合金渗氮层表面制备Ti Al N涂层,并与锆合金基材表面直接制备的Ti Al N涂层进行对比,研究渗氮层对涂层结合力的影响。用立式万能摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验;用显微硬度计测试显微硬度;用洛氏硬度计进行压痕试验;用划痕仪测试膜基结合力。试验结果表明:锆合金经过渗氮处理其表面摩擦因数保持稳定;表面硬度和膜基结合力均有所提升,且气体氮碳共渗后的表面硬度和膜基结合力比离子渗氮略高。