ZrN改性层对TA18钛合金摩擦磨损性能的影响

作者：许肖; 梁文萍^*; 缪强; 刘阳阳; 易锦伟; 史伟伟; 左士伟

来源：表面技术, 2021, 50(05): 133-140.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.014

• TA18
• ZrN改性层
• 微观形貌
• 力学性能
• 摩擦行为
• 磨损机理

目的提高钛合金的耐磨性能,拓宽其应用范围。方法采用双辉等离子渗金属技术在TA18(Ti-3Al-2.5V)钛合金表面制备ZrN改性层。采用GIXRD、SEM、EDS等分析改性层的相结构、微观形貌以及成分分布。采用粗糙度测试仪和纳米压痕仪测定改性层的表面粗糙度、纳米硬度和弹性模量。采用球-盘磨损试验机探究TA18基体和ZrN改性层在不同载荷下的摩擦学性能。结果改性层表面组织致密均匀,呈现出"岛状"特点,无明显孔洞、裂纹等缺陷,粗糙度略微增加,物相组成为ZrN、ZrO2、TiN0.3三相共存,具有明显的ZrN(111)择优取向。改性层总厚度约为10μm,包含3μm的ZrN层、4μm的Zr沉积层以及3μm的Zr扩散层。纳米硬度和弹性模量分别为21.03GPa和258GPa,相比于基体,分别提高了4.34倍和0.87倍。结论 TA18基体在3种不同的载荷下磨损严重,磨痕表面存在大量的犁沟,并伴有明显的粘着特征,其磨损机理为典型的磨粒磨损和粘着磨损。ZrN改性层在低载荷下(330 g)发生轻微的磨粒磨损,中载(530 g)及高载(730 g)下磨痕区域出现了明显O元素聚集现象和少量的粘着特征,其磨损机理主要为氧化磨损和粘着磨损,不同载荷下ZrN改性层磨损区域均无明显剥落。

• 单位
  南京航空航天大学