ti6al4v合金表面等离子ni合金层制备及其性能研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文Ti6Al4V合金表面等离子Ni合金层制备及其性能研究摘要钛合金因具有密度低、比强度高、耐蚀性能优等特点，而被广泛应用于航空、航天、汽车等行业。但是其硬度低、耐磨性差，限制了在冲蚀环境下的应用。为此，表面改性是改善其性能的有效方法之一。本文利用双辉等离子渗金属技术，在Ti6Al4V合金表面制备出良好的Ni合金层，分析了保温温度和工作气压对Ni合金层形成的影响，进而优化了工艺参数，并对合金层进行表征。研究了Ni合金层的纳米力学性能和冲蚀性能，讨论分析了不同冲蚀条件下的磨损机理。得出的主要结论如下：（1）采用

2、双辉等离子体合金化技术可以在Ti6Al4V合金表面制备出均匀、致密的Ni合金层。优化的工艺参数为：保温温度930℃，工作气压35Pa，极间距18mm，保温时间3h，压差250V。（2）Ti6Al4V合金经等离子渗Ni合金化处理后，表面呈现“胞状凸起”形貌，粗糙度增加。Ni合金层由三层结构组成，由表及里分别为：镍沉积层、富镍合金层、贫镍合金层。Ni元素含量在渗层深度方向上存在3个成分平台，逐层降低，梯度分布。Ni合金层主要的相组成为：单质Ti、Ni，化合物Ni3Ti、Ti2Ni、NiTi、AlNi3。其中单质Ni在镍沉积层形成，Ni3T

3、i、Ti2Ni、NiTi金属间化合物在富镍合金层形成。（3）富镍合金层的力学性能和冲蚀性能得到了明显提高，贫镍合金有所改善但效果不大，而镍沉积层和Ni元素凹陷区明显恶化，应尽量减少镍I太原理工大学硕士研究生学位论文沉积层的厚度。（4）不同冲蚀载荷和角度下，Ni合金层以塑性冲蚀特性为主，磨损机制为微切削磨损，主要磨损形式为犁削和冲蚀坑。（5）冲蚀角度对Ni合金层的冲蚀性能有较大影响。随着冲蚀角度的增加，Ni合金层的冲蚀率增加，在90°达到最大。（6）Ni合金层的组织结构和力学性能对Ni合金层的冲蚀性能有较大23影响。H/E、H/E值越大

4、，Ni3Ti、Ti2Ni、NiTi含量越高，合金层的冲蚀性能越好。关键词：双辉等离子合金化，Ni合金层，纳米压入，冲蚀磨损II太原理工大学硕士研究生学位论文PREPARATIONANDPERFORMANCEOFPLASMANi-ALLOYEDLAYERSONTi6Al4VALLOYSURFACEABSTRACTTitaniumalloysarewidelyusedintheaerospace,automotiveindustriesduetoitslowdensity,excellentstrengthtoweightratioand

5、highcorrosionresistance.However,itslowerhardnessandpoorwearresistancelimittheapplicationinerosion-wearcondition.Therefore,thesurfacemodificationisoneoftheeffectivemethodstoimproveitsperformance.Usingdoubleglowplasmaalloyingtechnique,theNialloyedlayerswerepreparedonthesu

6、rfaceofTi6Al4Valloy.TheplasmasurfacealloyingprocessisoptimizedbyanalyzingtheeffectsoftheprocessingtemperatureandpressureontheformationofNialloyedlayers.Thesurfaceandcross-sectionmorphology,compositiondistributionandphasestructureoftheNialloyedlayerswereanalyzed.Thenanoi

7、ndentationbehavioranderosion-wearpropertyofNialloyedlayerswerestudied.Themainresearchresultsareasfollows:(1)Afine,compactNialloyedlayerscanbefabricatedonTi6Al4Vsurfacedbydoubleglowplasmaalloyingtechnique.Theprocessparameterswereoptimized,whicharetemperature930℃,pressure

8、35Pa,alloyingtime3h,voltagedifference250V.(2)ThesurfaceofNialloyedTi6Al4Vdemonstratesnodularunits’morphologyan