钛合金表面离子束辅助沉积耐磨、抗蚀性膜层研究

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1、西北!_业大学硕士学位论文摘要摘要钦合金因其具各高的比强度、优异的耐腐蚀性能、较好的高温强度等特点，在航空I_业中得到了)’泛应用。然而，钦合金耐磨性能差，由此影响了铁合金摩擦副零部件的使用寿命和安全可靠性。本文以改进钦合金表面耐磨性能为日标，采用无氢脆隐患，且可以在难镀金属材料表面获得较高结合强度镀层的离子束辅助沉积(IBAD)技术和闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术为膜层制各手段，制备了儿种有特殊应用背景的合金膜层和润滑非金属膜层，研究了各膜层的基本特性和摩擦学性能，拟为航空1程应用提供依据。研究的合金膜层主要包括Cr与Crmo合金、OCr18Ni9.CuNi合金、QAI9-4铝青铜和NiC

2、r合金:1C金属膜层包括类石墨碳膜和MOS2-Ti复合膜层(MOST膜层)。分别利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜(SEM)、辉光放电光谱仪和显微硬度计等分析和测试了膜层的结构、形态、成分分布、硬度和膜基结合强度，利用球一盘磨损试验机和电化学综合测试仪研究了膜层的摩擦学性能和电化学腐蚀特性。所取得的主要研究结果如F:1)IBAD方法可以在易钝化材料钦合金表面制备膜基结合强度高、结晶致密、晶粒尺寸达纳米量级的Cr膜层、Crmo合金膜层、OCr18Ni9不锈钢膜层、NiCr20膜层、CuNi62膜层、CuNi38膜层和QA19-4膜层，膜层硬度分别约为HK2410,HK2000-2300.HK90

3、0-1100,HK820.HK780.HK675和HK540,显著提高了TC4表面的耐磨性能。Cr膜层、CuNi38膜层和QAI9-4膜层既具有抗磨作用。同时也具有减摩作用;而其余膜层仅具有抗磨作用。2)MADCr膜层、CrM。合金膜层、OCr18Ni9不锈钢膜层、NiCr20膜层对钦合金基体属阴极性膜层，膜层木身均具有很好的耐cl介质环境电化学腐蚀性能，同时与TC4认合金基体之间有较好的接触腐蚀相容性。[BADCuNi合金膜层和QAI9-4膜层对基材TC4为阴极性膜层。H9F与钦合金在cl一介质环境中电化学接触是相容的。3)MAD方法制备的OCr18Ni9不锈钢膜层、NiCr20膜层和QA

4、I9-4膜层，具有一定韧性，而Cr膜层、CrM。合金膜层及CuNi62膜层韧性较差。4)MAD制备的碳膜表面平招，品粒均匀细小，是以SP,为士的类石墨碳膜。膜基复合硬度为1377(HK,,,),硬度高、摩擦系数低的特性使得膜层具有优良的摩擦磨损性能。但碳膜在350'C卜的PP'擦学性能卜降。碳膜层对丁钦合金基体属手阳极性膜层，该膜层与钱合金在C「介质环境中电化学接触是相容的。5>非平衡磁控溅射离子镀制备的MoST膜层结品均匀、细致，结合强MAOMIA,VIAr西北_f业大学硕十学位论文摘要积Ti含最的增人，膜层硬度增加，但韧性降低。MoST膜层对于钦合金基体具有明显的减摩作用，摩擦系数为0.

5、10-0.15.MOST膜层的高硬度使其抗磨，优良的减摩性能使其具有优良的耐磨性能。MoST膜层自身在CI一介质环境中耐蚀，其自腐蚀电位随Ti含量增加而升高。MOST膜层对r钦基体为阴极性膜层。膜层与钦合金在a一介质环境中电化学腐蚀接触相容性好。6)研究Ni.Ti.Cr作界面层对[BADCuNi62膜层结合强度的影响作用表明，在综合考虑膜基结合强度和膜层韧性的条件卜，使用Ti作为界面层为最优选择。关键词」:钦合金;摩擦磨损;离子束辅助沉积:非平衡磁控溅射离子镀;电化学腐蚀:合金膜层:同体润滑膜层AbstractTitaniumalloysareappliedwidelyinaeronauti

6、cindustrybecauseoftheiroutstandingpropertiesofhighstrength/weightratio,thermalstabilityandcorrosionresistance.However,titaniumalloyssuferfromtheseriousdisadvantagesofpoortribologicalpropertieswhichafectservicelifeandsafereliabilityofengineeringcomponents.Aimatimprovementoftitaniumalloytribologicalp

7、roperties,severaltypesofalloycoatingsandlubricatingnon-metalliccoatingswerepreparedusingionbeamassisteddeposition(IBAD)techniqueandclosedfiledunbalancemagnetronsputeringionplating(CFUMSIP)techniquewhichhave