PDF《钛合金表面加弧辉光离子无氢渗碳层的 摩擦磨损性能研究》

第25 卷第2期摩擦学学报Vo l 25, No

2 2005 年3月TR I BOLO GY M arch,

2005 钛合金表面加弧辉光离子无氢渗碳层的 摩擦磨损性能研究 陈飞1 , 周海1 , 张跃飞2 , 唐宾3 , 潘俊德3 (1.

北京石油化工学院 机械工程系, 北京 102617;

2. 北京印刷学院 印刷包装系, 北京 102600;

3. 太原理工大学 表面工程研究所, 山西 太原

030024 ) 摘要: 利用加弧辉光离子无氢渗碳技术对 T i6A l4V 合金表面进行渗碳处理;

用球2盘摩擦磨损试验机考察了渗碳改性 层的摩擦磨损性能. 结果表明: T i6A l4V 合金表面经离子无氢渗碳处理后形成的表面改性层均匀;

改性层的显微硬度 同Ti6A l4V 合金相比大幅提高, 达到 936H V ;

渗碳后的试样在干摩擦滑动距离较小的情况下表现出良好的减摩作用, 耐磨性能也显著增强. 关键词: 钛合金(T i6A l4V );

加弧辉光离子无氢渗碳;

摩擦磨损性能 中图分类号: TG115. 221. 5;

TH 117.

3 文献标识码: A 文章编号:

100420595 (2005)

0220121205 钛合金强度高、 密度低、 耐腐蚀性好、 在中等温度 下机械性能稳定, 已广泛用于航天、 航空、 化工及生物 医疗等领域 . 但钛合金的耐磨性能差, 对粘着磨损和 微动磨损非常敏感, 这严重影响了钛合金结构的安全 性和可靠性, 并限制了其应用[1 ~

7 ] . 与此相适应, 利用 表面改性技术改善钛合金的摩擦学性能倍受关注, 其 中表面渗碳是一种简单、 有效的方法 . 但目前常用的 气体渗碳法、 真空渗碳法和等离子渗碳等工艺均涉及 氢元素, 在渗碳的同时氢元素将渗入基体而导致氢 脆, 严重影响钛合金制件的渗碳质量 . 这种氢脆的危 害直接表现为材料的塑性、 韧性及抗拉强度的下降, 钛表面出现裂纹、 脱皮及断裂等[8 ] . 为此, 本文作者利 用加弧辉光离子无氢渗碳技术[9 ] 对钛合金表面进行 无氢渗碳, 在合金表面形成无氢元素的渗碳改性层, 从而在避免氢脆的同时改善钛合金表面的减摩和抗 磨性能 .

1 实验部分 1.

1 基本原理 利用辉光放电现象, 在试样周围设置辅助源极, 在辅助源极和钟罩(阳极) 之间引入直流高压电源产 生辉光放电, 利用离子的轰击溅射使试样升温;

辅助 源极既是加热源, 又是待渗碳元素的辅助供给源. 与 此同时, 利用真空电弧放电现象, 在钟罩壁上设置一 个或多个阴极石墨靶作为碳元素的主供给源, 按冷阴 极场致发射机制, 源源不断地从电弧源发射出高能 量、 高密度、 高离化率和高速度的离子流[10,

11 ] ;

该离 子流在试样负偏压的吸引下加速到达试样表面, 使试 样进一步升温到渗碳温度, 进而依靠碳原子和离子的 轰击与扩散使试样表面形成渗碳改性层 . 1.

2 材料及离子无氢渗碳工艺 采用工业用 T i6A l4V 合金作为底材 (其组织为 退火态 Α + Β 双相组织) , 经过线切割得到