常温下原位自生(TiC+TiB)/Ti6Al4V复合材料的干滑动摩擦磨损性能研究(3)

为了让钛基复合材料在更多的行业得到应用,得到更加全面地认识钛基复合材料的摩擦磨损行为和机理,本文系统研究了常温下原位自生(TiC+TiB)/Ti6Al4


为了让钛基复合材料在更多的行业得到应用,得到更加全面地认识钛基复合材料的摩擦磨损行为和机理,本文系统研究了常温下原位自生(TiC+TiB)/Ti6Al4V复合材料的干滑动摩擦磨损性能。TiC和TiB本身具有硬度高、刚度大等特点,有着稳定的结构,而且与钛基体之间有相似的膨胀系数,所以目前普遍认为TiC和TiB是最理想的增强相。本实验采用扫描电镜(SEM)、金相显微镜、硬度测试等分析手段对(TiC+TiB)/Ti6Al4V复合材料的磨面和磨屑的形貌进行测试和观察,深入探讨了在不同载荷以及不同滑动速度的条件下,(TiC+TiB)/Ti6Al4V复合材料与对磨材料(低合金钢)对磨时的摩擦磨损行为和机理,重点研究载荷和滑动速度对(TiC+TiB)/Ti6Al4V复合材料的磨损率、摩擦系数以及磨痕磨屑形貌的影响。本研究为(TiC+TiB)/Ti6Al4V复合材料在不同干滑动摩擦磨损工况下的应用提供了科学依据和知识储备,同时也丰富了磨损机制,有一定的研究意义以及提升了应用价值。

1.2 钛合金及其应用

20世纪50年代起,钛和钛合金作为一种重要的结构金属,有着很多良好的使用性能,被广泛用于各个行业。许多国家认识到钛合金材料在国家经济发展中占有重要地位,开始对它研究开发,并应用到实际生产中。钛合金应用到生产中的第一个例子是美国1954年时研制成功的TC4合金。因为它有较好的强度、耐热性、韧性、塑性和耐蚀性,成为工业中使用的钛合金的王牌合金。截至目前,在钛合金的应用中,该合金使用量大约占到的75%~85%。Ti6Al4V合金转变而来的其他钛合金种类繁多,应用广泛。

20世纪50~60年代,人们主要研究开发了机体用的结构钛合金和航空发动机用的高温钛合金上,70年代耐蚀钛合金诞生,80年代以来,人们再次将注意力转移到高强钛合金和耐蚀钛合金[2]。耐热钛合金一开始的使用温度是400℃,到90年代已经提升到了600~650℃。因为r(TiAl)和A2(Ti3Al)基合金的出现,钛合金逐步使用到发动机的的热端。根据使用需要,结构钛合金渐渐向高强、高塑、高模量容限和高韧等特点进行发展。

钛合金由于具有多种特性,已被广泛应用于航空航天、化工、医疗、汽车、海洋等多个领域,在不同领域,体现着不同的特性,包括比强度高、密度低、耐蚀性好、无毒无磁、导热率低、可焊接、生物相容性好等。

1.2.1航天航空领域

西方是钛应用在航空航天领域的大国集中地,尤其是在美国60%的钛材都应用到这个领域[3]。与此形成对比的是日本和中国的投入量就有着明显的落差,均在10%左右。但是钛在航空航天领域的所占的比例会随着亚洲航空航天的飞速发展不断增长。从全球市场来看,航空业对钛合金的消费量起着决定性作用,钛行业几个大的周期轮回与航空业的兴衰都有着重要联系。

航天航空行业使用钛合金有很大的优势,它可以减轻结构重量、减少能源消耗,而且它也可以在高温部位使用,与复合材料结构可以搭配使用。在实际的应用中,航空发动机的关键构架主要由钛合金来制作,比如压气机盘和叶片等。在客机的使用上,还可用作机身的中段、内臂板以及大梁等 [4]。

1.2.2化工行业

钛的力学性能、工艺性能和耐腐蚀性使其被广泛应用于各个行业,特别是在化工生产中。因为钛有着良好的耐腐蚀性,可以轻松代替其它稀有金属,在减少消耗,降低成本,降低能耗,提高产品质量,延长设备使用寿命和提高劳动生产率等方面有着十分重要的意义。

钛和钛合金因为具有优异的耐腐蚀性能,经过多年的研究开发,广泛应用在化工生产的各个行业中。目前钛设备也进入了各个化工生产领域,从最初的纯碱与烧碱工业,逐步延伸到氯酸盐、农药、氯化铵、尿素、无机盐、染料、化肥和精细化工等,形成了大型、多样化、具有不同功能的设备体系。