离子注入对钛合金表面摩擦磨损性能的研究进展

离子注入通过高速轰击钛合金表面,能有效改善材料表面性能。本文综述了离子注入的特点及改性机理,介绍了注入离子的种类及注入参数对钛合金表面摩擦磨损性能的影响,并对离子注入的不足及发展趋势进行了分析。     

铣削对SLM增材TC4钛合金表面完整性和疲劳性能的影响

针对激光选区熔化(SLM)成形TC4钛合金表面质量差和疲劳性能低等问题,采用三点弯曲疲劳试验测试了铣削前后增材件的疲劳性能,研究了铣削工艺对增材件表面完整性和疲劳性能的影响规律。结果表明,增材件经过铣削加工后,表面粗糙度Ra由12.57μm降至0.32μm;表面硬度由353.0HV提高至434.3HV;疲劳寿命由48 272周次提高至155 463周次,疲劳源萌生位置由表面及次表面转移至内部,疲劳断裂模式由准解理断裂过渡到韧性断裂。增材件经铣削加工后,表面完整性得到极大的改善,可抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,疲劳性能得到显著提升。     

激光体能量密度对激光选区熔化成形TC4钛合金致密化行为的影响

采用激光选区熔化(SLM)技术制备TC4钛合金,研究了激光体能量密度对合金表面质量和致密化行为的影响。结果表明:随着激光体能量密度由33 J·mm-3增加到80 J·mm-3,合金表面粗糙度减小,表面质量提高,表面球化现象明显改善;随着激光体能量密度的增大,合金内部孔洞减少,相对密度由90.5%增大到99.3%,但过高的激光体能量密度下熔体的过度流动影响成形件的尺寸精度及性能;制备该合金的最佳参数为激光体能量密度66 J·mm-3,即激光功率250 W,扫描速度500 mm·s-1,此时合金的表面质量和致密性均较好。     

HMn58-2配流盘摩擦副表面激光加工微阵列对其摩擦磨损性能的影响

轴向柱塞泵配流盘摩擦副长期处于高速相对滑动和重接触载荷工况下,因此,其摩擦磨损性能对配流盘服役寿命至关重要。采用光纤激光器在HMn58-2配流盘摩擦副表面加工了微阵列结构。在MMW-1A摩擦磨损机上,选用摩擦副常用配偶材料38CrMoAl以面-面接触形式分别对具有微阵列和未改性HMn58-2配流盘摩擦副摩擦磨损性能进行了测试。采用正交实验方法分析了激光加工微阵列直径、深度、密度、载荷和转速对试样摩擦磨损性能的影响及磨损机理。试验结果表明:与未经加工HMn58-2光滑试样相比,激光加工微阵列降低了HMn58-2试样表面摩擦系数,减轻了磨粒磨损和黏着磨损程度;各因素对激光表面改性试样摩擦磨损影响程度依次为载荷、微阵列深度、转速、微阵列直径和密度。     

硬质合金表面正弦微织构对其摩擦磨损性能的影响研究

为了探讨微织构对硬质合金表面摩擦磨损性能的影响,利用激光技术在硬质合金表面制备了一种正弦状沟槽型微织构,并在UMT-2摩擦磨损试验机上进行直线往复式摩擦磨损试验。试验分别在不同载荷、滑动速度和润滑条件下,对微织构化硬质合金表面的摩擦磨损性能进行评价。研究表明:硬质合金表面加工微织构并添加固体润滑脂能够有效降低硬质合金表面的摩擦系数;在同等条件下,正弦型微沟槽表面比传统直线型微沟槽表面具有更好的减磨性能;在高载荷和高滑动速度并添加润滑脂的条件下,正弦型微织构试样表面的减磨性能最好。     

Ti6Al4V表面激光织构化及其干摩擦特性研究

利用激光加工在Ti6Al4V表面分别构筑直线织构、网格织构和凹坑织构,并对试样的表面粗糙度和横截面硬度进行表征和测试,采用多功能微摩擦磨损试验机评价试样表面织构化对其干摩擦性能的影响,使用三维显微镜和扫描电镜对摩擦实验前后试样的形貌进行分析。研究结果表明:经激光织构化处理后,试样表面硬度显著提高,其中凹坑织构试样的表面硬度最高,直线织构试样的表面硬度最低;当选取适当间距时,凹坑织构试样的摩擦因数小于抛光试样的摩擦因数,而网格织构和直线织构试样的摩擦因数大于抛光试样的摩擦因数。SEM照片显示,织构表面的凹坑起到了捕获磨屑的作用。     

条纹型织构对81107轴承干摩擦性能的影响

为揭示条纹型单元织构化推力轴承的干摩擦磨损行为,以81107TN推力圆柱滚子轴承为对象,在轴承轴圈表面制备不同宽度和不同深度的条纹型单元,然后从摩擦系数、磨损量、表面形貌等方面,研究了条纹型单元的深度和宽度对“滚道-滚动体-保持架”系统干摩擦磨损性能的影响。试验结果表明：在干摩擦条件下,条纹织构化轴承的摩擦系数相比无织构光滑轴承有所升高,改变条纹的深度和宽度可以影响摩擦系数的变化范围;条纹织构可以显著增强轴承的抗磨能力,且与摩擦系数呈负相关,织构宽度为50μm,深度为7μm的轴承表现最明显,相比光滑无织构轴承磨损量降低约75.6%;条纹织构化轴承的磨损程度和范围,相比光滑无织构轴承明显减小,这得益于织构边缘对基体起到了保护作用。     

模具钢表面激光毛化织构摩擦磨损性能试验研究

为提高模具的使用寿命,以模具钢5CrNiMo为研究对象,在试样表面加工不同面积占有率及高度的毛化织构,采用单因素轮换法,开展织构化试样的摩擦磨损性能试验研究。结果表明:毛化织构面积占有率对跑和后试样摩擦因数影响不大,但织构面积占有率越大,其跑和阶段的摩擦因数波动越小,跑和性能越优;毛化织构高度对平均摩擦因数影响较大,织构高度越低,跑和稳定后平均摩擦因数越小;织构试样磨损量均小于未织构试样,织构面积占有率越大,织构高度越低,磨损量越小。与未织构试样相比,面积占有率45%、毛化高度3. 5μm的织构试样可使摩擦因数减小85%,磨损量减小99%,表明激光毛化织构技术可优化塑性成形模具的摩擦学性能。     

钛合金微弧氧化羟基磷灰石生物活性涂层的摩擦磨损性能研究

采用微弧氧化技术,在钛合金表面原位合成含有羟基磷灰石的生物活性陶瓷涂层,研究了陶瓷涂层的摩擦磨损性能,得出了不同磨损时间和不同微弧氧化电流密度对陶瓷涂层耐磨性的影响规律。结果表明,含有羟基磷灰石的陶瓷涂层,其摩擦因数随摩擦磨损时间的增加而先增大后减小,其耐磨性随微弧氧化电流密度的增加而先减小后增大。     

选区激光熔化成形工艺对多孔TC4钛合金显微组织的影响

采用Rhino软件构建了泰森多边形不规则多孔结构,利用选区激光熔化(SLM)技术成形多孔TC4钛合金,研究了激光功率(180, 200, 220 W)、扫描速度(1 200, 1 600, 2 000 mm·s^-1)、扫描间距(80, 100, 120μm)对其显微组织的影响。结果表明：随着激光功率的增大、扫描速度的减小或扫描间距的增大,SLM成形多孔TC4钛合金实体部分的微观孔洞缺陷数量和尺寸减小,相对密度提高,扫描速度是影响缺陷生成的主要原因;在激光功率220 W、扫描速度1 200 mm·s^-1、扫描间距120μm条件下钛合金具有最少的微观孔洞缺陷,其相对密度可达99.2%。靠近多孔结构孔隙部分的截面存在等轴晶和平行于基板表面的柱状晶,而远离孔隙部分的组织主要由β柱状晶组成,柱状晶内部为与其长轴成±45°且平行排列的初生针状马氏体;随着激光功率的减小、扫描速度的增大或扫描间距的减小,柱状晶的宽度和初生马氏体的长度均减小,扫描间距对显微组织的影响更大。     

网状表面织构对水润滑轴承摩擦磨损性能的影响

为研究网状表面织构对水润滑轴承摩擦性能的影响,利用ANSYS对布置有不同密度和深度的轴承模型进行流固耦合仿真,研究不同网纹条件下水膜的承载能力;使用3D打印技术制备不同深度与密度的网状纹理的试样,使用CBZ-1摩擦磨损试验机进行摩擦试验并实时采集摩擦因数,利用表面轮廓仪对试样磨损表面的形貌进行观测.仿真结果表明:在忽略...     

磨料粒度对表面微织构纯钛干摩擦性能的影响

为了提高钛及钛合金钻具在超深钻探、深海钻探和外太空钻探工程中的减摩抗磨性能。利用激光表面加工技术在工业纯钛（TA2）表面制备了不同参数的点阵微织构。采用MS-T3000摩擦磨损试验机测试了微织构钛合金在不同粒度模拟月壤作用下的摩擦学性能。利用扫描电子显微镜和能谱分析仪分析磨痕形貌及元素含量。研究结果表明：当磨料粒度小于微织构点阵的直径时,磨料压入微织构点阵里,磨料具有滚动和滑动两种运动方式。当粒度大于微织构点阵的直径时,磨料不能完全压入微织构点阵里,磨料对微织构TA2表面产生了滑动犁削作用。由于两种磨料磨损的作用机理不同,同等条件下,小粒度的磨料作用下的微织构TA2的摩擦因数和磨损率较大粒度磨粒作用下的最大减少量分别为50%和53%。考虑磨料粒度与微结构的匹配性,可以大大降低摩擦减少磨损。     

矿用钛合金钻杆表面复合强化与摩擦性能研究*

为提高矿用钛合金钻杆的耐磨性能,以低成本粉末冶金Ti-Al-Fe-Mo合金为研究对象,采用表面机械碾磨与固相渗碳相结合的创新方式对其表面进行复合强化处理,研究不同表面碾磨道次加渗碳处理的钛合金表面的微观组织及其显微硬度。以氮化硅球为摩擦对偶,对表面复合强化钛合金样品进行往复式滑动摩擦试验,研究钛合金表面强化层对其磨损量、摩擦因数、表面磨痕微观组织的影响规律。结果表明：表面机械碾磨方法可以在粉末钛合金表面形成梯度纳米晶结构;钛合金经过表面机械碾磨处理后可显著提高表面渗碳的深度和均匀度;经表面机械碾磨与固相渗碳复合强化处理的钛合金,其磨损量相比于单一表面渗碳的钛合金降低了近58%。表面复合强化的钛合金摩擦磨损机制以疲劳磨损、黏着磨损、氧化磨损和少量的磨粒磨损为主。     

表面织构及其对摩擦学性能的影响

介绍了表面织构的图案和加工方法以及摩擦学性能的测试方法,阐述了不同表面织构对摩擦学性能的影响及机制,总结了当前表面织构研究的主要成果,并提出了未来表面织构研究需要深入开展的工作.     

静电冷却干式切削钛合金TC4的刀具磨损试验研究

钛合金TC4的切削加工性差,采用极压切削液会污染环境,不符合可持续发展要求,故提出了静电冷却的绿色切削技术,研制了空气电离装置及供气系统,分别在干切、乳化液和静电冷却条件下,对硬质合金刀具YG8切削钛合金TC4时的后刀面磨损进行了试验研究,给出了后刀面磨损曲线,建立了切削速度与刀具使用寿命的关系式。结果表明,静电冷却可减少刀具磨损,提高刀具寿命,是一种清洁的绿色冷却切削工艺。     

铜碲硒铁合金的干摩擦磨损性能

利用环-盘式摩擦磨损试验机研究了铜碲硒铁合金的干摩擦磨损行为,分析了载荷和摩擦速度等参数对该合金摩擦磨损性能的影响,并用扫描电子显微镜对磨损形貌进行了观察.结果表明:铜碲硒铁合金的摩擦因数随载荷的增加变化不大,但随摩擦速度的增加而明显增大;合金的磨损率随载荷和摩擦速度的增加均增大;在轻载低速条件下,合金的磨损机制以犁削磨损和粘着磨损为主;在重载高速条件下,磨粒磨损和粘着磨损加剧.     

沟槽形表面织构对摩擦噪声的影响

用电加工方法在制动盘蠕墨铸铁材料表面加工出沟槽形表面织构(沟槽深度为30μm、宽度为150μm、间距为500μm),采用球—平面接触方式,选取直径为10mm的Si3N4球为对磨副,对沟槽形织构表面和光滑表面进行了摩擦噪声对比试验,研究了沟槽形表面织构对界面摩擦振动噪声的影响。试验结果表明(以下结论只针对本试验选定尺寸规格的沟槽形表面织构):法向载荷对织构表面产生摩擦噪声强度的影响较小,而对光滑表面产生摩擦噪声的水平具有重要影响;沟槽形织构表面在低法向载荷下较光滑表面更易产生摩擦噪声,但随着法向载荷从5N增大到10N,光滑表面产生的摩擦噪声强度迅速增大并与织构表面的接近;沟槽形表面织构使摩擦系统更易产生多频率的摩擦振动,较早地产生摩擦噪声且其主频率成分较复杂;沟槽形织构表面比光滑表面具有较高的摩擦因数和耐磨性,沟槽形织构的存在明显地改变了接触界面摩擦磨损行为和摩擦噪声特性,但其对应关系需要进一步深入研究。