Hogyan javítható a titánötvözetek kopási viselkedése?

A titánötvözetek előnyei a nagy fajlagos szilárdság, a jó hegeszthetőség, a kiváló biokompatibilitás és a korrózióállóság, és mára kiváló szerkezeti anyaggá váltak levegőben, szárazföldön és tengeri környezetben történő alkalmazásokhoz. Bár a titánötvözeteket széles körben használják különféle területeken, alacsony keménységük, rossz kopásállóságuk és magas súrlódási együtthatójuk nagymértékben korlátozza alkalmazásukat a tribológiában.

A titánötvözetek tribológiai tulajdonságainak javítása és kopásállóságuk javítása érdekében szilárd karburálásos kezelést végeztek a TA1 ötvözeten, a TC4 ötvözeten és a TC21 ötvözeten. A titánötvözetek karburálási folyamatát az 1. táblázat mutatja be. A karburált réteg és a TiC réteg vastagsága a TA1 ötvözetben növekszik a magasabb karburálási hőmérséklettel és hosszabb karburálási idővel. A TC4 ötvözet esetében az összetett alréteg vastagsága nő magasabb hőmérséklettel és hosszabb karburálási idővel, de a karburált réteg teljes vastagsága csökken, ahogy a karburálási hőmérséklet emelkedik. Hasonlóképpen, a karburált réteg vastagsága a TC21 ötvözetben csökken a karburálási hőmérséklet emelkedésével. 1000–1100 fokos hőmérsékleten a TC4 ötvözet összetett alrétegének növekedését a Ti-Al intermetallikus vegyületek növekedése, valamint a C és a Ti-Al intermetallikusok közötti kémiai reakciók szabályozzák. Az összetett alréteg kialakulásának van egy lappangási ideje; ezen időszak után az összetett alréteg parabolikus növekedési törvényt követ. A számított diffúziós aktiválási energia 192,597 kJ/mol.

A karburáló kezelés után a TA1 ötvözet, a TC4 ötvözet és a TC21 ötvözet felületi keménysége rendre 350,99%-kal, 163,67%-kal, illetve 175,39%-kal nőtt az eredeti ötvözetekhez képest. Száraz csúszósúrlódási és kopási teszteket végeztek a karburált ötvözeteken, és az eredmények azt mutatták, hogy az eredeti ötvözetekhez képest a karburált TA1 ötvözet, TC4 ötvözet és TC21 ötvözet kopási aránya több mint 98,44%-kal, 97,39%-kal, illetve 96,16%-kal csökkent, mivel a karburált ötvözet kopásállósága 4, illetve 96,16%-kal javult. megnövekedett. A kopásvizsgálati paraméterek a 2. táblázatban láthatók.