Hoe kan het slijtagegedrag van titaniumlegeringen worden verbeterd?

Titaniumlegeringen hebben de voordelen van een hoge specifieke sterkte, goede lasbaarheid, uitstekende biocompatibiliteit en corrosieweerstand, en zijn nu een uitstekend structureel materiaal geworden voor toepassingen in lucht-, land- en mariene omgevingen. Hoewel titaniumlegeringen op grote schaal op verschillende gebieden worden gebruikt, beperken hun lage hardheid, slechte slijtvastheid en hoge wrijvingscoëfficiënt hun toepassingen in de tribologie aanzienlijk.

Om de tribologische eigenschappen van titaniumlegeringen te verbeteren en hun slijtvastheid te verbeteren, werd een vaste carburatiebehandeling uitgevoerd op TA1-legering, TC4-legering en TC21-legering. Het carburatieproces voor titaniumlegeringen wordt weergegeven in Tabel 1. De dikte van de gecarboniseerde laag en de TiC-laag in TA1-legering neemt toe met hogere carburisatietemperaturen en langere carburatietijden. Voor TC4-legeringen neemt de dikte van de samengestelde sublaag toe bij hogere temperaturen en langere carburatietijden, maar de totale dikte van de gecarboneerde laag neemt af naarmate de carburatietemperatuur stijgt. Op soortgelijke wijze neemt de dikte van de gecarboneerde laag in de TC21-legering af bij toenemende carburatietemperatuur. Bij temperaturen van 1000 graden –1100 graden wordt de groei van de samengestelde sublaag in de TC4-legering gecontroleerd door de groei van Ti-Al intermetallische verbindingen en de chemische reacties tussen C en de Ti-Al intermetallische verbindingen. De vorming van de samengestelde sublaag heeft een incubatieperiode; na deze periode volgt de samengestelde sublaag een parabolische groeiwet. De berekende diffusie-activeringsenergie bedraagt ​​192,597 kJ/mol.

Na de carburatiebehandeling nam de oppervlaktehardheid van de TA1-legering, de TC4-legering en de TC21-legering toe met respectievelijk 350,99%, 163,67% en 175,39%, vergeleken met de originele legeringen. Er werden droge glijwrijvings- en slijtagetests uitgevoerd op de gecarbureerde legeringen, en de resultaten toonden aan dat, vergeleken met de originele legeringen, de slijtagesnelheid van de gecarbureerde TA1-legering, TC4-legering en TC21-legering met respectievelijk meer dan 98,44%, 97,39% en 96,16% afnam, en de slijtvastheid van de TC4-legering verbeterde naarmate de carbureringstemperatuur steeg. De slijtagetestparameters worden weergegeven in Tabel 2.