Ti6Al4V 合金在Saline溶液中的扭动微动磨损

在球/面接触中存在四种微动模式,即切向、径向、转动和扭动微动,在生理介质中扭动微动是人工关节失效的主要原因之一。本文成功建立了一种可在恒温液体介质中实现球/面接触扭动微动的新的试验系统。利用该系统,在37℃的Saline溶液中进行了钛合金/二氧化锆陶瓷球的扭动微动试验,详细讨论了扭动微动的运行行为和损伤机理。结果表明,扭动微动动力学行为在很大程度上取决于扭动角位移振幅和周期数。研究建立了扭动微动运行工况图（RCFM）,包括3个区域,即：部分滑移区（PSR）,混合区（MFR）和完全滑移区（SR）。在部分滑移区,接触中心没有发现任何损伤,接触边缘上只观察到轻微的擦伤和磨损。在混合区,损坏区域从接触边缘向中心扩展,接触中心无损伤,接触边缘区域出现氧化磨损和损伤。在滑移区,整个接触区域均发生损伤,损伤机理主要是磨蚀磨损、氧化磨损、和粘着磨损。     

钛及其合金的扭动微动摩擦磨损特性

采用新型扭动微动试验机在法向载荷为50、80和110 N及角位移幅值为0.3°~10°的条件下进行TA2和TC4合金与ZrO2对磨球的扭动微动试验。在摩擦动力学行为研究的基础上,结合磨痕形貌微观分析,考察TA2和TC4合金的扭动微动磨损特性。结果表明:可用摩擦扭矩—角位移曲线和摩擦扭矩时变曲线表征合金的扭动微动行为,获得了TA2和TC4合金的扭动微动运行工况微动图,TA2合金的混合区较TC4合金的宽。摩擦扭矩随法向载荷和角位移幅值的增加而增加,在相同试验条件下,TA2合金的摩擦扭矩始终大于TC4合金的。在部分滑移区,损伤轻微;在混合区和滑移区,损伤加剧,扭动微动摩擦磨损机制主要为磨粒磨损、氧化磨损和剥落。     

Ti—6Al—4V合金微动磨损的表面防护

分析对比了Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金经喷丸后抛光、火焰喷涂Ｃｕ涂层、等离子喷涂锡青铜、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｉｎ和ＷＣ／Ｃｏ－Ｉ涂层、爆炸喷涂ＷＣ／Ｃｏ－Ⅱ、Ｎｉ－６０和化学镀镍磷镀层等处理后，在室温和５００℃下的抗微动磨损性能。结果表明：ＷＣ／Ｃｏ－Ｉ涂层有较好的综合防护效果。     

铜离子注入Ti6Al7Nb合金的表面改性研究

使用MEVVA强流金属源离子注入机对Ti6Al7Nb合金表面注入能量为80keV、剂量分别为0.5×1017,1×1017,2×1017,4×1017ions/cm2的铜离子,计算得到铜离子饱和注入量为2.15×1017ions/cm2。研究了注入的铜离子对Ti6Al7Nb合金腐蚀性能、显微硬度和磨损行为的影响,采用覆膜法研究了铜离子注入后试样对金黄色葡萄球菌的抗菌性能,并分析了注入剂量与抗菌性能的关系。结果表明,Ti6Al7Nb合金的硬度和耐磨性随着注入剂量的增加而提高,点蚀电位随着注入剂量的提高而下降。抗菌试验显示当注入量达到饱和注入量时,试样的抗菌率达到99%以上。     

离子注入材料表面摩擦磨损性能的研究进展

介绍了离子注入材料表面改性的机理和特点,综述了离子注入材料表面摩擦磨损性能方面的最新研究与应用进展,着重介绍了离子的种类、注入剂量、注入能量和注入温度对金属材料、非金属材料和高分子材料组织结构、表面硬度和摩擦磨损性能的影响,并对该领域存在的问题以及某些需要深入研究的方向提出了看法.     

氮离子注入及DLC涂层对Ti6Al7Nb合金在人工唾液中微动磨损性能的影响（英文）

通过往复滑动微动磨损实验研究Ti6Al7Nb合金、氮离子注入Ti6Al7Nb合金、DLC涂层Ti6Al7Nb合金在人工唾液环境下的磨损性能。运用X射线衍射分析、拉曼光谱分析、三维轮廓分析、扫描电镜形貌和摩擦动力学行为分析等方法,详细讨论了表面改性层的磨损特性。结果表明:随着氮离子浓度的增加,Ti6Al7Nb合金的抗微动磨损性能提高。具有DLC涂层的低氮离子注入Ti6Al7Nb合金显示出良好的抗微动磨损性。此外,由于其特殊的结构,DLC涂层组具有更好的耐腐蚀性能。在人工唾液环境下,DLC涂层Ti6Al7Nb合金组相比氮离子注入Ti6Al7Nb合金组具有更好的抗磨损性能。     

晶粒细化对放电等离子烧结TC4合金微动磨损性能的影响

结合高能球磨和放电等离子烧结制备出具有粗晶组织、粗细晶双尺度组织和超细晶组织的TC4合金;采用球-盘微动磨损装置对比研究了这3种显微组织TC4合金在干摩擦条件下的微动磨损性能,分析了晶粒细化对TC4合金摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着晶粒的逐步细化,TC4合金的摩擦系数和磨损率逐渐降低。这主要是因为晶粒细化导致TC4合金硬度逐渐提高,并引起磨损机制的转变。粗晶TC4合金的磨损机制为严重的粘着磨损、疲劳剥层磨损和氧化磨损;而双尺度和超细晶TC4合金的磨损机制以磨粒磨损为主并伴随着轻微的粘着磨损和氧化磨损。超细晶TC4合金拥有最高的硬度(HV为4560 MPa),在载荷30 N下具有最低的摩擦系数(~0.76)和磨损率(1.89×10-4mm3·N-1·m-1),说明晶粒细化有助于提高TC4合金的摩擦磨损性能。     

不同氢含量Ti6Al4V合金的磨损性能研究

利用M-200型摩擦磨损试验机对不同氢含量的Ti6Al4V合金板材进行了摩擦磨损试验,研究氢含量对Ti6Al4V合金摩擦系数和磨损率的影响,并利用材料分析测试技术研究了合金磨损表面的形貌及成分变化,分析了合金的磨损机制。结果表明,氢使钛合金的摩擦系数降低,但是氢含量对Ti6Al4V合金摩擦系数的影响不明显。随氢含量的增加,钛合金的耐磨性能逐渐变差。随着氢含量的增加,钛合金的氧化磨损特征逐渐变弱,磨粒磨损所起的作用逐渐增强。     

Ag离子注入Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能研究

采用注入不同剂量5×1016, 1×1017, 5×1017和9×1017ions/cm2,加速电压30 kV对Ti6Al4V合金进行Ag离子注入表面改性。使用动电位极化曲线研究Ag离子注入前后Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,利用小角掠射X射线衍射技术研究Ag离子注入前后Ti6Al4V合金表面物相组成,用X射线光电子能谱技术分析离子注入合金表面和腐蚀样品表面元素存在的化合态。结果表明,Ag离子注入提高了合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,腐蚀电流密度随Ag离子注入剂量的增加稍有变化。离子注入Ti6Al4V合金表面的氧化物腐蚀阻挡层、离子注入表面合金层和表面生成的Ag和TiAg有利于合金抗Hank’s溶液腐蚀性能的改善     

Ta离子注入对铝青铜耐磨性能的影响

采用俄歇电子能谱仪分析Ta离子注入铝青铜合金的Ta、Cu和Al元素分布,利用显微硬度仪测量注入Ta离子铝青铜的显微硬度,用摩擦磨损试验机分析QA19-4铝青铜的摩擦系数和磨损质量损失.结果表明:随Ta离子注入剂量的增加,铝青铜中的Ta原子浓度升高,离子注入深度超过100 nm,显微硬度显著增高,在距合金表面约60 nm深处硬度达到最大值;铝青铜的摩擦系数显著降低,单位时间内磨损质量损失显著减小,因此明显提高了舒j青铜的耐磨性能.     

接触载荷对TC4钛合金微动磨损行为的影响

目的在不同的载荷和位移幅值下,结合微动图研究微动接触状态、滑移状态、损伤体积三者对微动摩擦磨损的影响以及不同微动接触状态和滑移状态下材料的损伤机理,为机械构件的微动磨损防护设计提供一定的理论支持。方法在相对湿度为50%、干摩擦条件下,运用SRV-V摩擦实验机,采用球/平面接触形式研究了TC4钛合金/GCr15钢球摩擦副的微动摩擦磨损行为。实验后,用原子力显微镜、纳米压痕仪、三维光学轮廓仪、场发射扫描电子显微镜及其自带的EDS,测试TC4试样的表面形貌及粗糙度、弹性模量与硬度、磨损体积与截面形貌和显微结构及磨斑、磨屑形貌成分等。结果在较低法向载荷下,完全滑移(GSR)占主导地位。磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损以及疲劳脱层是主要的损伤机理。另一方面,在较高法向载荷下,混合滑移(MSR)、部分滑移(PSR)占主导地位。损伤机制是由于高的应力集中,导致疲劳裂纹。此外,不同的微动运行条件下和材料损伤区域也不相同。完全滑移条件下,损伤主要集中在磨斑中心,而部分滑移条件下,损伤主要集中在磨斑边缘。结论切向摩擦力、微动振幅是影响微动磨损的重要因素。小位移幅值下,磨屑可以减缓接触面钛合金基体材料的微动磨损;而大位移幅值下,磨屑会加剧接触面基体材料的微动磨损。     

Effect of N-ion implantation and diamond-like carbon coating on fretting wear behaviors of Ti6Al7Nb in artificial saliva

The tribology behaviors of Ti6Al7Nb, its alloy with N-ion implantation, and its alloy with diamond-like carbon (DLC) coating were investigated in artificial saliva. Fretting wear tests of untreated, N-ion implanted and DLC coated Ti6Al7Nb alloys plate against a Si₃N₄ ball were carried out on a reciprocating sliding fretting wear test rig. Based on the analysis of X-ray diffraction, Raman spectroscopy, 3-D profiler, SEM morphologies and frictional kinetics behavior analysis, the damage behavior of surface modification layer was discussed in detail. The results indicated that the fretting wear behavior of Ti6Al7Nb alloy with N-ion implantation was increased with the dose increase of the implanted nitrogen ions. Moreover, the DLC-coated Ti6Al7Nb alloy with low ion implantation could improve the fretting wear behavior greatly. In addition, the Ti6Al7Nb with DLC coating had better corrosion resistance due to the special compact structure. All results suggested that the Ti6Al7Nb with DLC coating had better wear resistance than that with N-ion implantation in artificial saliva.     

超音速火焰喷涂铝青铜涂层微动磨损行为

目的 改善铝合金的抗微动磨损性能.方法 采用超音速火焰喷涂技术在ZL114A铝合金表面制备铝青铜涂层,在不同温度(25、200、300℃)下对有、无涂层的ZL114A铝合金样品进行微动磨损测试,通过对涂层性能和磨痕形貌进行表征分析,探索铝青铜涂层的抗磨损性能.结果 铝青铜涂层均匀致密,与铝合金基体结合良好,显微硬度为279HV0.3,结合强度为74 MPa.不同温度(25、200、300℃)下,涂覆铝青铜涂层样品的平均微动摩擦系数分别为0.898、0.886、0.744,磨损率分别为10.249×10–7、0.035×10–7、0.207×10–7 m3/(N·m),相比基体的平均微动摩擦系数和磨损率,3种温度下分别下降了34.5％、42.9％和58.9％.对磨痕的形貌和三维轮廓的分析表明,在25、200、300℃下,铝青铜涂层的磨损机制不相同,25℃下为磨粒磨损和剥层,200℃下为磨粒磨损、剥层、氧化磨损和粘着磨损,300℃下为塑性变形、氧化磨损和粘着磨损.结论 制备的铝青铜涂层改善了基体的抗微动磨损性能.     

NiTi形状记忆合金在蒸馏水介质中的微动磨损特性

NiTi形状记忆合金是一种极具发展前景的医用植入材料.采用SRVⅢ摩擦磨损试验机考察了NiTi形状记忆合金在蒸馏水介质中的微动磨损性能,研究法向载荷对NiTi合金磨损机制的影响规律.利用扫描电子显微镜及能谱仪分析NiTi形状记忆合金表面磨痕形貌及磨损产物成分.用形貌仪测量样品表面磨痕深度,并对磨损体积进行计算.实验结果表明:NiTi合金在蒸馏水介质中的微动磨损摩擦系数、磨损体积均随着载荷的增大而增大.微动磨损失效机制以磨粒磨损以及疲劳剥层断裂为主.     

微动磨蚀及表面防护技术回顾

系统讨论了微动磨损及其与腐蚀耦合的失效机理和表面防护技术,为提高机械零部件的可靠性和延长使用寿命提供理论支持和实践指导。重点分析了固体自润滑涂层、液体润滑膜、树脂基涂层等低摩擦表面技术在减轻微动磨损方面的应用效果及其作用机理,并且对比了一系列微动磨损与腐蚀防护技术的利与弊,揭示了防护手段对腐蚀磨损性能的优化机理。此外,还讨论了低摩擦表面腐蚀防护设计的策略,包括基于表面工程的正向设计和基于失效分析的逆向推演,并对耐磨蚀涂层设计进行了深入探讨。最后,总结了微动磨蚀防护技术的研究进展,并对其未来的发展方向进行了展望。通过以上综合性的研究和分析,为提高机械零部件在复杂工况下的耐磨性和抗腐蚀能力提供了重要的理论依据和技术参考。     

DLC薄膜对TC4钛合金微动磨损行为的影响

目的 为提高TC4钛合金的抗微动磨损性能,对比研究类金刚石薄膜(DLC)和TC4钛合金在干摩擦条件下的微动磨损行为,揭示DLC薄膜抗微动磨损的机理.方法 在TC4钛合金基体上利用非平衡磁控溅射技术制备DLC薄膜.利用原子力显微镜、拉曼光谱和纳米压痕仪分析薄膜的表面形貌、物相组成以及纳米硬度.利用球/平面接触形式SRV-...     

Fretting wear of micro-arc oxidation coating prepared on Ti6Al4V alloy

Micro-arc oxidation(MAO)coating was prepared on Ti6Al4V alloy surface and its characterizations were detected by Vickers hardness tester,profilometer,scanning electric microscope(SEM),energy dispersive X-ray spectrometer(EDX)and X-ray diffractometer(XRD).Fretting wear behaviors of the coating and its substrate were comparatively tested without lubrication under varied displacement amplitudes(D)in a range of 3-40μm,constant normal load(Fn)of 300 N and frequency of 5 Hz.The results showed that the MAO coating,presenting rough and porous surface and high hardness,mainly consisted of rutile and anatase TiO2 phases.Compared with the substrate,the MAO coating could shift the mixed fretting regime(MFR)and slip regime(SR)to a direction of smaller displacement amplitude.In the partial slip regime(PSR),lower friction coefficients and slight damage appeared due to the coordination of elastic deformation of contact zones.In the MFR,the friction coefficient of the coating was lower than that of the substrate as a result of the prevention of plastic deformation by the hard ceramic surface.With the increase of the displacement amplitude,the degradation of the MAO coating and the substrate increased extremely.The fretting wear mechanisms of the coating were abrasive wear and delamination with some material transfer of specimen.In addition,the coating presented a better property for alleviating fretting wear.     

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 本文研究了Mo、Co、Nb等元素离子注入及薄膜沉积方法对TiN薄膜性能的影响。采用SRV磨损实验、表面形貌轮廓等方法研究分析了离子注入对TiN薄膜的摩擦系数、耐磨性能、显微硬度的影响规律。实验结果表明：磁过滤电弧镀的TiN薄膜的摩擦系数曲线与常规电弧镀TiN薄膜的摩擦系数曲线相差很大,且耐磨性能优于电弧镀TiN薄膜。采用离子注入可降低TiN薄膜的摩擦系数。在5N载荷磨损条件下,随注入剂量和注入元素的不同其摩擦系数变化较大。在30N载荷磨损条件下,样品摩擦系数均接近0.5。离子注入Mo、Co、Nb均可显著提高TiN薄膜的耐磨性,其中注入Mo的试样耐磨性最好。