钛及钛合金表面改性技术研究进展_冯明佳.pdf
《钛及钛合金表面改性技术研究进展_冯明佳.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《钛及钛合金表面改性技术研究进展_冯明佳.pdf(3页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2 0 2 3年第9期产业研究钛及钛合金表面改性技术研究进展冯明佳(吉林农业科技学院机械与土木工程学院,吉林省 吉林市 1 3 2 1 0 1)摘 要:钛及钛合金由于其具有良好的特殊性能,应用领域也越来越广泛。但由于钛合金耐磨性比较弱,存在一定的缺陷,这又会限制其进一步拓宽发展领域。为了解决钛及钛合金使用范围等问题,众多科学家进行了大量的研究。本文从钛及钛合金表面改性技术研究进展出发,阐述传统和先进的表面处理技术研究,以及其相应的未来展望。关键词:钛合金;表面改性;研究进展 中图分类号:T G 1 4 6.2+3 文献标识码:A 文章编号:1 6 7 4-9 5 7 X(2 0 2 3)0 9
2、-0 1 0 6-0 3P r o g r e s s i nS u r f a c eM o d i f i c a t i o no fT i t a n i u ma n dT i t a n i u ma l l o y sF e n gM i n g-j i a(J i l i nA g r i c u l t u r a lS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yU n i v e r s i t yM e c h a n i c a l a n dC i v i lE n g i n e e r i n gC o l l e g e,J i l
3、i nJ i l i n1 3 2 1 0 1)A b s t r a c t:T i t a n i u ma n dt i t a n i u ma l l o y sh a v eb e e nw i d e l yu s e db e c a u s eo f t h e i rg o o ds p e c i a l p r o p e r t i e s.H o w-e v e r,d u e t o t h ew e a kw e a r r e s i s t a n c eo f t i t a n i u ma l l o y,t h e r e a r e s o m e
4、d e f e c t s,w h i c hw i l l l i m i t i t s f u r t h e rd e v e l-o p m e n t.I no r d e r t os o l v e t h ep r o b l e m ss u c ha s t h es c o p eo fu s eo f t i t a n i u ma n dt i t a n i u ma l l o y s,m a n ys c i e n t i s t sh a v ec a r r i e do u t al o to fr e s e a r c h.A tp r e s
5、e n t,s u r f a c em o d i f i c a t i o nt e c h n o l o g yh a sb e c o m eo n eo ft h ee f f e c t i v ew a y s t o s t r e n g t h e n t h e s u r f a c ep r o p e r t i e so f t i t a n i u ma n d t i t a n i u ma l l o y s.T h i sp a p e rd e s c r i b e s t h e t r a d i t i o n a l a n da d
6、v a n c e ds u r f a c e t r e a t m e n t t e c h n o l o g yr e s e a r c h,a sw e l l a s i t sc o r r e s p o n d i n gf u t u r ep r o s p e c t s.K e yw o r d s:T i t a n i u ma l l o y s;S u r f a c em o d i f i c a t i o n;R e s e a r c hp r o g r e s s基金项目:吉林省教育厅科学技术研究项目(项目号:J J KH 2 0 2 2
7、0 3 8 7 K J):激光表面改性提高钛合金耐磨性能机理研究作者简介:冯明佳(1 9 8 7),女,汉族,硕士研究生,讲师,研究方向:机械制造技术。1 引言钛属于轻金属,具有良好的延展性、易导电、导热。同时,钛也具有良好的耐腐蚀性和耐低温性1。纯钛当中T A 2牌号在工业当中使用最为广泛,主要应用于制造各种非承力结构件,同时工业纯钛还可用于生物植入材料2。钛合金是多种用钛与其他金属制成的合金金属,其具有强度高、耐蚀性好、密度低、低温性能好,在低温和超低温下,仍能保持其力学性能、生物相容性好等多种良好特殊性能,自从问世以来已经成为一种重要的结构材料,其在航空航天、海洋、汽车、装甲和生物医学设
8、备中得到越来越多的应用3-9。表1 适用于汽车的低成本钛合金品种1 1N o.C o m p o s i t i o n1T i-6 A l-1.7 F e-0.1 8 O-0.1 S i2T i-6 A l-2.7 S n-4 Z r-0.4 M o-0.4 5 S i3T i-4.5 F e-6.8 M o-1.5 A l4T i-3 A l-2 V5Y i-6 A l-2 F e-0.1 S i6T i-4.5 A l-3 V-2 M o-2 F e7T i-4.5 F e-7 M o-1.5 A l-1.5 V8T i-3 A l-2 V-0.2 S-0.4 7 C e-0.2 7 L
9、 a9T i-4.5 A l-F e-6.8M o1 0T i-3 A l-8 V-6 C r-4 M o-4 Z r 钛合金在汽车领域的应用一般是在引擎系统,由钛合金制成的零部件具有一定的优异性,其质量轻,对于汽车发动机转速和燃油性有一定的提升,发动机的性能也会有很大的改善1 0。表1为适用于汽车的钛合金品种,表2为钛合金零部件在引擎系统中的应用。钛及钛合金由于其性能优异,常广泛应用于高精尖技术领域。但在某些工作环境下,其也存在一定的缺点和问题,如硬耐磨性差、抗氧化能力差等;钛及钛合金发展应用也由于这些缺点而受到一定的限制1 2-1 3。目前,解决钛及钛合金应用受限的常用方法是表面改性技术。
10、表2 钛合金零部件在引擎系统中的应用1 0部件名称材料使用案例钛合金连杆T i-3 A l-2 V(L a,C e)S本田汽车N X-V 6进气阀T i-6 A l-2 C r-4 VT o y o t aA l t e z a排气阀T i-8 3 4+BI n f i n i t yQ 4 5发动机气门T i-6 A l-4 V日本日立公司气门弹簧座T i-2 2 V-4 A l三菱钛合金弹簧T i-3 V 1 1 C-3 A lT i m e t涡轮增压器M i t s u b i s h i回气管钛制T i m e t2 传统的表面改性方法随着钛和钛合金的使用日益增长,为了提高钛和钛合金
11、的表面性能来满足不同使用环境下需求,在过去的几十年里,各种传统表面改性技术得到发展和应用。本文主要针对传统表面改性方法中的喷丸处理、热喷涂以及中电化学处理进行介绍。601DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.09.008内燃机与配件 w w w.n r j p j.c n2.1 喷丸处理喷丸处理是将大量0.2 5-1毫米大小的硬质钢球以一定速度撞击材料表面,在表面产生塑性变形,可以得到了晶粒细化的表面改性层1 4-1 6。喷丸处理包含一般喷丸和应力喷丸,设备简单,成本低廉,操作比较方便。喷丸强化的钛和钛合金的硬度和耐磨性也得到了提高,是一种常用的钛合金表面改性技
12、术之一。将普通喷丸技术与其他表面处理技术复合应用,可以进一步提高钛合金的耐疲劳性。T s u j i等1 7通过等离子体渗碳与喷丸强化相结合技术研究其对T C 4合金疲劳磨损性能的影响,发现其可以有效改善渗碳处理T C 4合金的表面残余应力状态,使合金的疲劳寿命提高,如图1所示。图1 未处理、渗碳(P C)、喷丸(S P)和喷丸渗碳(P C+S P)试样的S-N曲线1 72.2 热喷涂热喷涂首先喷料熔化,而后再将喷料雾化成颗粒,并以高速喷射到基体表面形成涂层。热喷涂法经济、方便,是目前应用最广泛的表面微合金化方法之一。它能在热作用下将原料熔化以覆盖T i基板,通过使用预先确定的参数集对软化或熔
13、化的原料进行连续沉积,一层一层地制备涂层,可以在基体上制备各种表面合金涂层。热喷涂可以获得不同性能基体表面,常见有耐磨、耐腐蚀、抗氧化等。在高温氧化环境下,合金涂层被氧化成致密的保护性氧化垢,能够抑制氧和金属离子的相互扩散,从而提高钛合金和钛铝合金的高温抗氧化性1 8。2.3 电化学处理电化学处理是基于发生在T i和T i合金表面的化学反应而发展起来的。此方法中电源必不可少,电化学反应受一些工艺参数的控制,如:电解液和电位、电流、温度等。一般来说,电化学处理包括电解抛光、阳极氧化、电沉积和电镀。主要简单介绍阳极氧化阳极氧化是金属和合金的电化学氧化,可在金属材料上制备不同氧化膜的普遍方法1 9。
14、对于钛和钛合金,常用的阳极氧化的电解溶液有硫酸、磷酸、醋酸、铬酸等。钛合金表面阳极氧化膜的主要是增强其附着力和耐磨性,同时使钛合金更好服务于航空航天和电子工业。3 先进的表面改性方法由于新工艺技术的发展,近几年来出现了大量先进的表面改性技术,如搅拌摩擦处理、激光表面改性和离子注入等。这些先进的表面改性方法可以进一步提高钛合金的表面性能及拓宽其应用领域。3.1 离子注入离子注入是在真空中将高能带电离子束射向金属近表层,使其形成新的表面改性层2 0。根据离子来源的不同,钛和钛合金表面可形成氧离子注入层、氮离子注入层、碳离子注入层等不同的层。氧离子注入技术已广泛应用于金属材料中,以改善金属的力学和生
15、物性能。许多学者都研究证实钛和钛合金在耐磨性、耐腐蚀性方面的性能在氧离子注入后得到了改善。M o h a n等2 1发现T i-1 3 N b-1 3 Z r在氧离子注入后,其耐磨性和耐腐蚀性同时增强。如图2所示,与未处理的T i-1 3 N b-1 3 Z r相比,氧离子注入的T i-1 3 N b-1 3 Z r有明显的浅划痕。同理,氮离子、碳离子注入也可以提高钛和钛合金的表面性能。碳离子注入可以使T i6 A l4 V的硬度增加两倍以上,这是因为形成了T i C沉淀或T i C层2 2。图2 未处理的T i-1 3 N b-1 3 Z r和b)注入氧离子的T i-1 3 N b-1 3
16、Z r在3、5和1 0N载荷下的磨损轨迹分布2 13.2 激光表面改性激光束具有高相干性和方向性,常用于许多金属的表面改性。激光表面重熔和激光熔覆是常用激光表面改性的两种方法2 3。激光表面重熔将工件表面用高能密度激光束熔化后立即固 化。激 光 重 熔T i衬 底 的 表 面 上 形 成 覆 盖 有 薄T i O2层的精细马氏体结构,这两者都具有比底层基底更高的硬度和更好的耐磨性。因此,激光表面重熔是提高钛和钛合金耐磨性和耐蚀性的一种简单方法。激光熔覆利用高能密度的激光束让基体表面和熔覆材料(预先添加在基体表面或是与激光束同步输送)熔凝,从而与基体形成冶金结合,激光熔覆工艺示意图如图3所示。研
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 钛合金 表面 改性 技术研究 进展 冯明佳
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。