稀土含量对Ti6Al4V钛合金等离子渗氮层组织和摩擦学性能的影响

• 作者: 代明江 侯惠君 唐鹏 李洪 林松盛 柏松 苏一凡 韦乃安 韦春贝
• 来源期刊: 表面技术
• 学科: 工学
• 关键词: TC4钛合金 等离子渗氮 稀土 TiN 显微硬度 摩擦磨损
• 年，卷（期）: 2020,（3）
• 所属期刊栏目: 表面摩擦磨损与润滑
• 页码范围: 148-154
• 页数: 7页
• 分类号: TG174.4
• 字数: 3791字
• 语种: 中文
• DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.03.019

摘要

目的 研究稀土含量对Ti6Al4V钛合金表面等离子体渗氮层结构和性能的影响.方法 运用等离子表面改性技术对Ti6Al4V(TC4)钛合金进行等离子渗氮处理,渗氮过程中通入不同含量的稀土作为催渗剂,以获得钛合金表面强化层.利用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察渗氮层组织,用X射线衍射仪(XRD)分析渗层相组成,用能谱仪(EDS)检测渗层的化学成分,用维氏显微硬度计测量渗层的显微硬度,用球-盘式摩擦磨损试验机和三维轮廓仪检测渗层的摩擦磨损性能.结果 TC4钛合金表面等离子渗氮层结构包括表面化合物层(主要成分为δ-TiN)和扩散层(主要为N原子扩散形成的N-Ti固溶体),加入稀土可以促进N原子向基体的扩散,提高渗氮速度.渗层厚度增加,硬度和耐磨性能提高,扩散层使钛合金基体与化合物层之间的硬度梯度更加平缓.当稀土通入速率为60 mL/min时,渗层厚度可达155μm,表面硬度为1275HV0.05,摩擦系数降到0.27,磨损率明显降低.结论 钛合金等离子渗氮过程中加入稀土可以有效提高渗速,改善渗氮层硬度,提高材料表面的耐磨性能.