Ti2AlNbO相合金双辉等离子渗Mo、Cr及其性能研究

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1、太原理工大学博士学位论文Ti<,2>AlNbO相合金双辉等离子渗Mo、Cr及其性能研究姓名：梁文萍申请学位级别：博士专业：材料加工工程指导教师：徐重20070301太原理工大学博士研究生学位论文PVD以及激光表面熔覆等，但针对于Ti．Al金属间化合物尤其是Ti2AINb的应用研究却很少。本课题采用我国独创且具有自主知识产权的双层辉光等离子表面冶金技术，在Ti2AINbO相合金表面渗Mo、Cr以提高其耐磨性，并兼顾保持其优良的耐蚀性和抗高温氧化性。双层辉光等离子表面冶金技术的特点在于：表面合金层深度和成分可控，渗入元素含量随深度呈梯度分布，与基体间无明显界面，结合牢固，无裂纹。本

2、文的研究内容有如下几个方面：(3)Ti2A1NbO相合金双层辉光等离子渗Mo、Cr工艺研究，探讨工艺参数对表面合金层形成的影响规律；②对表面合金层的组织成分、相结构、硬度等进行分析研究；③表面合金化试样的摩擦磨损性能及机理研究；④表面合金化试样的电化学腐蚀性能及机理研究；⑤表面合金化试样的抗氧化性能及机理研究。经过反复试验验证，总结出Ti2AINbO相合金双层辉光等离子渗Mo的最佳工艺参数为：温度r=950。C～1000"C，时间f=3～5h，气压P=30～50Pa，极间距d=15ram，源极电压赡=800～1100V，阴极电压％=300～600V。Ti2A1NbO相合金双层辉

3、光等离子渗Cr的最佳工艺参数为：温度r=980。C～1000℃，时间t；4h～5h，气压P=40～50Pa，极间距d=18mm，源极电压殆=800～1100V，阴极电压跆=300～600V。Ti2AINbO相合金双层辉光等离子渗Mo及渗Cr试样表面均形成了均匀致密的合金层。在最佳工艺条件下，Ti2AINbO相合金双层辉光等离子渗Mo层有效厚度达lOOMm，渗层组织呈板条状，表面约有6pm的Mo沉积层，其Ⅱ太原理工大学博士研究生学位论文含量达95wt％，沉积层下是Mo的扩散层，由表及里Mo含量逐渐降低，铝元素主要以纯Mo和A15Mo相的形式存在，表面硬度高达HV800以上；Ti2

4、AINbO相合金双层辉光等离子渗Cr层有效厚度达309m，渗层组织呈板条状，各相间隔交织。表面的Cr含量达38wt％，随着扩散深度的增加，Cr含量逐渐降低，呈梯度分布。渗层主要由A18Cr5和AINb2组成，还存在少量的Cr2Ti及Cr2Nb相。表面硬度最高达HV950。表面合金层中含Mo、Cr的硬质金属间化合物的形成对提高材料的耐磨性起到有益的作用。在Ti2AINb双辉等离子渗Mo的工艺参数中，温度、时间对其表面硬度均有较大的影响，而气压、极间距的变化对硬度影响不显著。Ti2AINb离子渗碳后表面硬度达HV540，Ti2AINb离子渗氮后表面硬度最高达HV575，从提高Ti：

5、AINbO相合金耐磨性的目的考虑，采用双层辉光等离子渗Mo及渗Cr效果更显著。摩擦磨损性能的试验，采用了常温以及5004C高温下的干摩擦磨损性能试验两种方法。在室温下，Ti2AINb基材产生了较高的摩擦系数，其磨痕形貌表现为严重的粘着、擦伤、撕裂与塑性流动的特征，磨损机理为粘着磨损并伴有磨粒磨损，磨损量较大，磨损抗力较低，耐磨性能较差；渗Mo试样摩擦系数非常低，随滑动时间的延续几乎无变化，磨损失重远低于基材，磨损量很小，表现出了优良的摩擦磨损性能；渗Cr试样的摩擦系数也非常低，随滑动时间的延续几乎无变化，磨损量很小，表现出了优良的摩擦磨损性能。5009C的高温摩擦磨损试验表明：

6、Ti2A1Nb基材表面形成的氧化物使表面变光滑，减轻了表面的粘着磨损，摩擦系数在0．32-4)．75之间反复波动，其高温磨损机制主要是氧化磨损和氧化物脱落成造成的磨粒磨损，以及少量的粘III太原理J：大学博士研究生学位论文着磨损；渗Mo试样表面粗化，有明显氧化剥落和蚀坑，摩擦系数较高，在O．4～1．0之间波动，磨痕既深且宽，磨损机理是以磨粒磨损和粘着磨损为主，疲劳磨损为辅；渗Cf试样表面光滑、无蚀坑、无氧化剥落，摩擦系数在0．5～1．1之间波动，磨损机理是以粘着和微犁削为主，疲劳磨损为辅。渗Cr试样的高温磨损的比磨损率较Ti2AINb基材和渗Mo试样低，说明渗Cr试样具有最好的

7、耐高温磨损性能。．腐蚀性能的试验采用了电化学腐蚀性能研究及中性盐雾腐蚀试验两种方法。在5％H2S04溶液中，Ti2A1Nb基材及渗Cr试样均发生钝化现象，表现出良好的耐蚀性能。渗Mo试样钝化区很窄，腐蚀速度最大，耐蚀性相对较差，表面产生轻度的全面腐蚀，这是由于表面没有形成稳定钝化膜的缘故。在5％HCI溶液中，Ti2AINb基材、渗Mo及Cr试样均发生明显钝化现象，渗Mo试样表面产生轻微的全面腐蚀。渗Cr试样表面形成稳定钝化膜，但很小的局部发生点蚀，三者均表现出了较好的耐蚀性能。在3．5％Na