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置氢TC4粉末磁脉冲压制烧结体氧化与摩擦磨损性能研究

作　者: 张珊珊
导　师: 李春峰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 置氢TC4合金粉末磁脉冲压实热氧化氧扩散耐磨性磨损机制
分类号: TF124.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

钛合金由于其密度小、比强度、比刚度高以及其他优异特性,得到了广泛应用,然而钛合金的摩擦性能较差,这与其固有性能有关。本文对置氢的TC4钛合金粉末进行了温热磁脉冲压制成形,并对压坯进行了烧结和除氢热处理。为了给粉末烧结体的应用提供理论指导,对粉末烧结体进行了滑动摩擦试验,得到了不同氢含量粉末制件的摩擦磨损性能。为了改善其耐磨性,对粉末烧结体进行了热氧化和氧化（TO）+真空扩散（OD）两种表面处理,并对这两种表面处理后的试样进行了滑动摩擦试验。研究结果表明,粉末压坯致密度随着氢含量的增加而降低,随着压实温度的增加而增加,而且不同氢含量粉末压坯之间致密度的差别降低。粉末压坯硬度随压实温度提高而增大。氢在烧结过程中对粉末制件致密度的提高起到了积极作用。烧结除氢后粉末制件硬度随压实温度的增加而提高,且不同氢含量粉末制品之间硬度的差别减小。热氧化处理在试样表面形成一层致密的不导电涂层,且随氧化时间和氧化温度的增加,氧化层逐渐增厚,但氧化层过厚会出现脱落现象。其主要产物由外侧一薄层的Al₂O₃和内侧的TiO₂组成。氧化层内侧有一个因氧扩散形成的硬化层,厚度可达到80μm⁹0μm左右。TO+OD处理试样表面的氧化物非常细小和疏松,试样表层的TiO₂分解,形成了低价态的氧化物TiO;硬化层可达到200μm左右,且预氧化时间对硬化层的厚度没有明显影响。氢含量对粉末制品滑动摩擦磨损量的影响与试样致密度规律相一致。粉末制品的磨损机制为磨粒磨损为主,伴有一定程度的粘着磨损。随氢含量的增加,试样粘着磨损程度减轻。热氧化后试样的磨损率比粉末制件基体小两个数量级。其磨损机制为氧化膜在较高载荷发生脆性断裂,氧化膜磨屑十分细小,起到抛光的作用,露出的基体在摩擦后并未产生明显的划痕。TO+OD处理试样的磨损率比粉末制品基体小两个数量级;且在预氧化时间较短时,磨损率比热氧化试样小;表面附着的细小氧化物起到减磨作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-21
  1.1 引言  9-10
  1.2 磁脉冲粉末致密  10-13
    1.2.1 磁脉冲粉末致密原理  10-11
    1.2.2 磁脉冲粉末致密的研究概况  11-13
  1.3 置氢钛合金粉末冶金  13-14
    1.3.1 置氢钛合金粉末的制备  13
    1.3.2 氢对钛合金粉末成形的影响机理  13-14
    1.3.3 置氢钛合金粉末致密的研究概况  14
  1.4 钛合金氧化与摩擦性能研究概况  14-20
    1.4.1 摩擦磨损的分类与机理  14-16
    1.4.2 钛合金热氧化处理技术  16-20
  1.5 本文的主要研究内容  20-21
第2章磁脉冲压制烧结工艺及制件性能  21-29
  2.1 引言  21
  2.2 实验材料和方法  21-24
    2.2.1 粉末压制成形材料和设备工装  21-23
    2.2.2 烧结和除氢热处理工艺  23
    2.2.3 致密度和硬度的测量  23-24
  2.3 压坯性能和组织分析  24-25
  2.4 粉末烧结体性能和组织分析  25-27
  2.5 本章小结  27-29
第3章粉末烧结体氧化性能  29-44
  3.1 引言  29
  3.2 实验方法与设备  29-30
    3.2.1 实验材料和方法  29
    3.2.2 检验方法  29-30
  3.3 热氧化实验结果  30-39
    3.3.1 氧化膜外观和结合性能观察  30-31
    3.3.2 氧化膜表面显微形貌观察  31-32
    3.3.3 氧化膜成分分析  32-33
    3.3.4 氧化膜厚度观察  33-37
    3.3.5 氧化膜硬度测试  37-39
  3.4 TO+OD 处理实验结果  39-43
    3.4.1 TO+OD 处理试样显微形貌观察  39-40
    3.4.2 TO+OD 处理试样表面物相分析  40-42
    3.4.3 TO+OD 处理试样硬度测试  42-43
  3.5 本章小结  43-44
第4章粉末烧结体氧化前后的滑动摩擦性能  44-60
  4.1 引言  44
  4.2 滑动摩擦实验方法  44-45
  4.3 粉末烧结体的滑动摩擦性能  45-49
    4.3.1 粉末烧结体的摩擦系数和磨损量  45-47
    4.3.2 粉末烧结体的磨损形貌及磨损机制分析  47-49
  4.4 热氧化处理试样的滑动摩擦性能  49-55
    4.4.1 热氧化处理试样的摩擦系数和磨损率  49-50
    4.4.2 热氧化处理试样的磨损形貌  50-54
    4.4.3 热氧化处理试样的摩擦过程和磨损机制分析  54-55
  4.5 TO+OD 处理试样的滑动摩擦性能  55-59
    4.5.1 TO+OD 处理试样的摩擦系数和磨损量  55
    4.5.2 TO+OD 处理试样的磨损形貌  55-58
    4.5.3 TO+OD 处理试样的摩擦过程和磨损机制分析  58-59
  4.6 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-66
致谢  66

置氢TC4粉末磁脉冲压制烧结体氧化与摩擦磨损性能研究

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