Ti6Al4V表面沉积TiCN薄膜的结构及水环境中的摩擦学性能

2014-10-25 钟华生 江西理工大学材料科学与工程学院

  本文采用多弧离子镀技术在Ti6Al4V 合金表面沉积TiCN防护薄膜,研究该薄膜在干摩擦,水及海水介质条件下的摩擦学行为。研究结果显示,所制备的TiCN 薄膜具有均匀致密的结构,薄膜厚度约为1 μm。薄膜成分主要含有Ti、N 和C,并含有少量的O。C 主要为污染碳和TiC 的形式,N 为TiN 的结构,Ti 主要以TiN、TiC 和TiO 三种价态形式存在。薄膜的硬度达到20 GPa,在大气环境中薄膜摩擦系数约为0.35,明显低于未镀膜钛合金的摩擦系数( 0.7) 。镀膜样品的磨损率显著降低,未镀膜样品的磨损率是镀膜样品的132 倍。水和海水环境下TiCN 膜的摩擦系数进一步降低至0.2 左右,同时磨损率也显著降低。与水环境相比,海水环境中TiCN 薄膜的磨损率略有增加。

  钛各种金属存在高的比承载力,耐高溫,耐的腐蚀等出色稳定性而大范围适用于航空公司核工业及深海cnc精密机械加工教育领域。如果钛各种金属硬度标准不够,耐碱效果性不理想型,特意是在高级及苛责生产因素下适用,一定要要对其表层能施用个人护甲解决,以增长其施用寿命短。多弧亚铁亚铁铁离子镀的技术水平水平水平沉淀备制的溥膜存在高的离化率和膜基切合承载力而能够 大范围适用。钛各种金属表层能依据热学液相沉淀的技术水平水平水平沉淀耐碱效果个人护甲溥膜的深入分析已经在的些许报导,深入分析报告呈现备制的溥膜可差异性增长该各种金属的耐碱效果稳定性。但进口真空的技术水平水平水平网(//crazyaunt.cn/) 考察调研遇到管于深入分析水和井水大大环境中亚铁亚铁铁离子镀一层薄薄的膜钛各种金属的耐碱效果蚀稳定性还低有报导。本段即用多弧亚铁亚铁铁离子镀的技术水平水平水平在Ti6Al4V 各种金属表层能沉淀TiCN 溥膜,深入分析了该溥膜的形貌、型式及其在干磨蹭、水和井水大大环境因素下的磨蹭学举动。

1、实验方法

  1.1、TiCN 胶片的制得

  实验采用Hauzer Flexicoat F850 型真空多弧离子镀膜机,基体材料选用Ti6Al4V 合金。镀膜前钛合金基体进行研磨抛光处理,然后在丙酮溶液中超声波清洗三次,每次时间5 min。镀膜温度为450℃,本底真空度为1 × 10-3 Pa。采用高纯钛靶沉积Ti 过渡层,在沉积TiCN 薄膜时通入N2和C2H2气体混合气体,氮气流量为500 mL/min( 标准状态) ,而乙炔流量从0 增加到42 mL/min,为保证TiCN 薄膜中C含量渐变增加。靶功率60 A,基体偏压为70 V。

  1.2、保护膜的表现和测试仪   适用场发送检测网上光学显微镜( SEM S4800,岛国Hitachi) 看试件材料表皮形貌同时横载面形貌。用岛国岛津X x射线光网上能谱( XPS) 对透气膜实现种元素价态浅析,透气膜的氏硬度适用芬兰MTS 公司的G200 奈米压入仪实现各种测试图片。挤压损耗测试图片装置在导杆式多基本功能UMT-3 挤压损耗测试图片装置电脑上完工。挤压测试图片装置调用超载负荷为1 N,帧率5 Hz,挤压时光30 min,挤压长短为5mm。挤压副为直劲为3 mm 的Si3N4瓷器球。食用梯段仪各种测试图片磨痕轮廊形貌,进行SEM 和能谱( EDS)看磨痕形貌和化学成分。

3、结论

  (1) 按照多弧阴离子镀在钛各种合金(TC4) 漆层层制得了TiCN 溥膜,溥膜漆层层和横断面形貌彰显膜层十分紧密,溥膜高度约为1 μm。   (2) 分离纯化的膜包括带有Ti、N 和C 组成,并带有极少量的O,各稀有元素的共价键百分分子量为Ti 50%;N36% ;C 9%;O 5%。C 包括为影响碳和TiC 的风格,N 为TiN 的框架,Ti 包括以TiN、TiC 和TiO 三大价态风格留存。   (3) 塑料bopp薄膜的硬性以达到20 GPa,在层结室内环境中塑料bopp薄膜静静摩擦力力公式约为0.35,非常明显不超钛镍钢基体的静静摩擦力力公式。渡膜原辅料的损伤率相关性拉低,未渡膜原辅料的损伤率是渡膜原辅料的132 倍。   (4) 与细颗粒物区域情况相对比,水和沽岛的海区域情况中表层的镀膜钛硬质合金的静摩擦指数进1步减低值0.2 损耗率也减低。与水区域情况相对比,沽岛的海区域情况中的损耗率有些许增添。