【摘 要】
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钛及钛合金作为一种重要的金属材料以其优异的综合性能在诸多领域获得了广泛的应用，但是钛合金较差的耐磨性严重限制了其在摩擦学领域的应用。而表面改性是解决这一问题的一条重要途径，其中热氧化技术已发展为一种简单而且经济的提高钛合金的承载能力，改善耐磨性能的方法。因此，本文以提高TC4钛合金的承载能力和热氧化膜与基体的结合力为突破口，综合利用热氧化和表面织构技术，发挥热氧化膜的耐磨及表面织构减摩、增强结合力
【机 构】
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中国科学院兰州化学物理研究所,固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州 730000 中国科学院兰州化学物
【出 处】
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第十一届全国表面工程大会暨第八届全国青年表面工程学术会议
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钛及钛合金作为一种重要的金属材料以其优异的综合性能在诸多领域获得了广泛的应用，但是钛合金较差的耐磨性严重限制了其在摩擦学领域的应用。而表面改性是解决这一问题的一条重要途径，其中热氧化技术已发展为一种简单而且经济的提高钛合金的承载能力，改善耐磨性能的方法。因此，本文以提高TC4钛合金的承载能力和热氧化膜与基体的结合力为突破口，综合利用热氧化和表面织构技术，发挥热氧化膜的耐磨及表面织构减摩、增强结合力的特点，并通过优化设计来提高钛合金表面氧化膜的综合性能。同时开展多种条件下钛合金表面热氧化膜的摩擦学行为研究，探讨在不同工况下的减摩抗磨机理，获得的主要结论如下：(1)热氧化温度和时间对织构化TC4钛合金表面氧化膜的机械性能具有重要影响。在650℃和25 h优化条件下，钛合金氧化膜具有良好的综合性能。(2)与织构面和热氧化光滑面相比，经过热氧化处理的织构化TC4合金表面具有高的承载能力和良好的耐磨性能。表面织构化TC4合金在650℃和25 h热氧化条件下有最佳的抗磨性。在以ZrO2球为对偶，载荷为5 N时经热氧化的织构化表面较未热处理表面的磨损率降低了44％。(3)表面织构技术与热氧化相结合，可以减小应力集中有助于增加氧化膜的结合力，这可避免在滑动过程中氧化膜的剥落，因此有助于提高TC4合金的耐磨性能；同时，表面织构可以捕获磨屑，减小磨粒磨损。(4)对于未热处理的织构化表面，其磨损机制是粘着磨损、分层磨损和磨粒磨损；然而，对于优化热氧化条件下的织构化表面，当对偶为GCr15球时，其磨损机制为轻微的磨粒磨损，对偶为ZrO2球时为磨粒磨损和分层磨损。
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