织构化钛表面复合强化及其摩擦学行为研究

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1、Ａ分类号密级中国地质大学（北京）博士学位论文织构化钛表面复合强化及其摩擦学行为研究学号：３００２１５００１８研究生：李星亮工程专业：地质装备研究方向：超硬材料及表面工程指导教师：岳文教授副指导教师：康嘉杰副教授２０１８年１２月声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽，我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国地质大学（北京）或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研

2、究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：：／日期池关于论文使用授权的说明（：本人完全了解中国地质大学北京）有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留送交论文的复印件；，，允许论文被查阅和借阅学校可以公布论文的全部或部分内容可以采用影印。、缩印或其他复制手段保存论文丄开□保密（＿年）（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：ADissertationSubmittedtoChinaUniversityofGeosciencesforDoctoralDegreeCompositeStrengt

3、heningofTexturedTitaniumSurfaceandItsTribologicalBehaviorsPh.D.Candidate:LiXingliangMajor:GeologicalequipmentalengineeringStudyOrientation:Superhardmaterials&surfaceengineeringDissertationSupervisor:Prof.YueWenViceSupervisor:AssociateProf.KangJiajieChinaUniversityofGeosciences(Bei

4、jing)December,2018摘要新型轻质结构材料对发展国防技术装备等领域具有重要意义。钛及其合金由于具有优异的综合性能，已在航天、航空、地质等领域得到普遍应用并被列为重点发展对象。随着国防技术装备的不断发展，对钛及其合金在复杂多变工作环境中的适应性要求更加苛刻。本论文针对钛抗磨性差、易黏着等特点，从钛表面结构设计出发，针对磨料、海水等传统表面涂层和润滑油无法起作用的工作环境，研究织构化钛复合强化表面的摩擦学行为和机理，以期研究结果能够为钛表面减摩抗磨设计提供新的思路。本论文选取工业纯钛TA2为研究对象，采用激光加工技术在钛表面制备点阵微织构，并配合

5、表面渗氮和类金刚石（DLC）膜镀制技术，形成复合强化表面结构，研究其在磨料和海水条件下的摩擦学行为，采用数学模型和正交实验法研究微织构参数对减摩抗磨性能的影响机制。获得的结论及成果如下：（1）阐述了钛表面点阵微织构在磨料和海水条件下的摩擦磨损机理。研究表明，当磨料粒度小于点阵直径时，织构化钛表面能够获得更好的减摩和抗磨性能，而且点阵密度对减摩抗磨性能的影响大于点阵直径和点阵深度；此外，钛表面的微织构受到海水的腐蚀和对磨副的破坏，迅速发生磨损，削弱了其减摩耐磨的效果。（2）阐述了钛表面渗氮微织构在磨料和海水条件下的摩擦磨损机理。在磨料条件下，渗氮微织构表面的

6、点阵密度对减摩抗磨性能的影响程度大于点阵直径和点阵深度，而海水条件下渗氮微织构表面的抗磨性与滑动方向上微织构的总体积有关，在本实验设计的点阵参数条件下，计算所得总体积越大，抗磨性越好。（3）阐述了钛表面DLC复合微织构在磨料和海水条件下的摩擦磨损机理。在磨料条件下，DLC复合微织构先从点阵边缘开始破坏，故单位面积上点阵边缘密度越大，DLC复合微织构钛的抗磨性越差；而在海水条件下，DLC复合微织构能够维持摩擦副往复运动的前750个周期，随后被磨损掉。关键词：工业纯钛TA2，激光微织构加工，离子渗氮，DLC，摩擦磨损IAbstractNewlightweigh

7、tstructuralmaterialsareofgreatsignificanceforthedevelopmentofnationaldefensetechnologyandequipment.Titaniumanditsalloyshavebeenwidelyusedinaerospace,aviation,geologyandotherfieldsduetotheirexcellentcomprehensiveproperties,andhavebeenregardedasthefocusofresearchforfurtherdevelopmen

8、t.However,inthefaceoftheincreasin