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1、渗硼钛合金的摩擦和磨损性能ErdemAtara,E.SabriKayalib,HuseyinCimenoglub，*aGebzeInstituteofTechnology,DepartmentofMaterialsScienceandEngineering,41400Gebze,Kocaeli,TurkeybIstanbulTechnicalUniversity,DepartmentofMetallurgyandMaterialsEngineering,34469Maslak,Istanbul,Turk
2、eyReceived16November2007;acceptedinrevisedform12March2008Availableonline20March2008.摘要这项研究利用固体渗硼技术在钛合金表面形成一层由TiB2和TiB相组成的10微米厚的均匀的硼化物层。合金表面硬度超过2000HV。过渡层厚度约为50微米。该BDZ的微观结构由混合了基体金属的TiB晶须组成。在该BDZ中，硬度随TiB体积分数的降低而减小。与基体相比，该合金在干燥和涂片润滑条件下在与蓝宝石对磨时表现出优良的耐磨性和低的摩擦
3、系数。关键字渗硼;润滑;钛;Ti6Al4V;耐磨。1.介绍在钛合金中，Ti6Al4V应用最为广泛，在1950年代初首次介绍而广为人知。现在,它被广泛用于汽车、航空航天、化工、海洋和生物医学产业由于其优秀的力学性能组合,包括改进的静态和动态的强度、断裂韧性以及低密度和良好的耐腐蚀性能。Ti6Al4VTi6Al4V合金覆盖钛占世界总产量的50%左右,可是由于钛固有的极差的摩擦性质,限制了它的使用特别是在磨擦磨损相关工程应用方面。而表面改性似乎是提高钛合金[1-5]的摩擦学性能的有效方式。许多已经出版的文章注
4、重通过沉积和表面扩散改性技术来保护钛合金的磨损性能。扩散技术中，在涉及到间隙原子扩散到金属表面时，热氧化钛会非常具有吸引力[4-10]。。尽管硼化钛具有优良的硬度和耐磨性，但是在许多摩擦学的系统中,只有少数出版物存在硼化钛和钛合金作为替代扩散技术[11-20]。。表1介绍了Ti和Ti6Al4V扩散渗硼后合金表面的特点。渗硼钛合金深层硬度变化幅度较大(850HV—3300HV)，这取决于它的工艺参数。TiB晶须形成在渗硼钛合金表面而不是硼化层导致相对较低的硬度(550HV)。表1：钛及钛合金表面渗硼后的特
5、点现在，渗硼钛合金被广泛应用于黑色金属合金以显著提高抵抗摩擦部件的寿命通过它的表面硬度和摩擦性能的优越组合。商业、有色金属的渗硼合金主要是由固体渗硼法和膏剂法由于其简单和成本效益[21-24]。在一个早期的工作[25]中，渗硼技术已经被综述为黑色及有色金属材料。目前工作主要在固体渗硼技术的表面改性方面。2．实验在本研究中，由Ti6Al4V（23级）加工成的立方样品（10×10×10mm）在1100°C下在充满了商业EkaborII渗硼粉、无机硅的混合物,B-和氟化合物的不锈钢容器中根据制造商的数据表(B
6、orTechGmBh-Germany)。经过严格包装,不锈钢容器要密封及用陶瓷粘贴,以防止氧化。硼化样品进行显微结构的观察,硬度测量和磨损测试。显微结构的观察：覆盖了能量色散x射线能谱仪(EDX)装备考试扫描电子显微镜(SEM),x射线衍射(XRD)分析和辉光放电发射光谱(GDOS)分析。在横截面上进行了硼化1%HF腐蚀后样品扫描电镜检查。X射线衍射分析，CuKα线以3°的入射光束的角度辐射。GDOS配备了2毫米直径30W和750N/m2在氩气氛下的阳极,被用于定性确定在渗硼深度剖面上的元素。硼化合金的
7、表面形成溅射坑的深度测量为12µm被轮廓曲线仪GDOS后分析。硬度测量：在样品表面和截面利用depth-sensingCSM微观硬度测试仪进行样品的维氏硬度显微硬度测试。截面测试负载为25克。表面硬度测量进行连续多循环模式下的微观硬度试验机压痕载荷从20克逐渐增加到500克。滑动磨损测试：基体合金及硼化合金在1200沉砂表面光洁度、干燥和涂片润滑条件下利用往复式磨损试验机设计根据ASTMG133标准。涂片润滑滑动测试后涂抹全合成油以使样品表面模拟边界润滑。10毫米直径蓝宝石球不断磨样品表面在正常大气条件
8、下(20°C和50%RH),测试时间为150分钟。球的中风和滑动速度分别是8毫米和0.02m/s。在磨损测试中,摩擦力数据连续记录。干燥，涂抹润滑滑动磨损的基体金属试验载荷为2N，其对应于平均接触压力约0.4GPA，硼化合金的磨损试验荷载作用下12和20N,其对应接触压力分别为1.0GPa和1.3GPa,。12N负载于干滑动条件,20N涂片负载于润滑滑动条件。磨损测试的结果由轮廓曲线仪测量其宽度和深度来计算被磨损的区域从而评估样品表面。磨损
