Ti6Al4V钛合金表面Zr-N合金化层的抗高温摩擦磨损性能

稀有金属材料与工程, 2013, 42(2): 331-335.

Ti6Al4V钛合金表面Zr-N合金化层的抗高温摩擦磨损性能

汤金钢 ^1, , 刘道新 ^2, , 唐长斌 ^3, , 于首明 ^4, , 张晓化 ^5,

1.西北工业大学,陕西西安710072

2.西北工业大学,陕西西安710072

3.西北工业大学,陕西西安710072

4.西北工业大学,陕西西安710072

5.西北工业大学,陕西西安710072

基金项目: 国家自然科学基金资助(51171154,51101127)

关键词：钛合金 , 离子渗锆 , 离子氮化 , 高温磨损

Tribology Behavior of Zr-N Alloying Layer on Ti6Al4V Alloy Surface at Elevated Temperature

为了改善钛合金的高温耐磨性能,采用锆-氮离子共渗与异步渗(渗锆后再氮化处理)两种工艺技术分别在Ti6A14V钛合金表面制备致密的锆-氮合金化改性层,对比研究了合金化层的组织结构特征和高温摩擦磨损性能.结果表明,两种工艺制各的Zr-N合金层表面均由ZrN相组成,异步渗改性层的内层则包含较厚的Zr-Ti固溶体,两种等离子表面合金化层均使钛合金表面硬度显著提高.同样温度和处理时间条件下,异步渗合金化层的厚度约为锆-氮共渗合金化层厚度的6倍,且氮化物层也较厚,原因归于前者处理过程中Zr与Ti之间良好固溶特性的充分发挥及ZrN相的扩散障作用的有效抑制.300℃高温下球盘摩擦磨损试验结果表明,由于锆-氮共渗合金化层深度较小,因而改善钛合金基材耐磨性能的效果相对较低.锆-氮异步渗处理则使Ti6A14V钛合金耐磨性能显著提高,摩擦因数降低50％以上,比磨损率降低2个数量级,原因归于该类合金化层高的表面硬度、大的层深、良好的高温抗氧化性能及优异表面承载能力的有机匹配.

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