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1、太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文Ti6Al4V合金表面等離子Ni合金層制備及其性能研究摘要鈦合金因具有密度低、比強(qiáng)度高、耐蝕性能優(yōu)等特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車等行業(yè)。但是其硬度低、耐磨性差，限制了在沖蝕環(huán)境下的應(yīng)用。為此，表面改性是改善其性能的有效方法之一。本文利用雙輝等離子滲金屬技術(shù)，在Ti6Al4V合金表面制備出良好的Ni合金層，分析了保溫溫度和工作氣壓對(duì)Ni合金層形成的影響，進(jìn)而優(yōu)化了工藝參數(shù)，并對(duì)合金層進(jìn)行表征。研究了Ni合金層的納米力學(xué)性能和沖蝕性能，討論分析了不同沖蝕條件下的磨損機(jī)理。得出的主要結(jié)論如下：（1）采用
2、雙輝等離子體合金化技術(shù)可以在Ti6Al4V合金表面制備出均勻、致密的Ni合金層。優(yōu)化的工藝參數(shù)為：保溫溫度930℃，工作氣壓35Pa，極間距18mm，保溫時(shí)間3h，壓差250V。（2）Ti6Al4V合金經(jīng)等離子滲Ni合金化處理后，表面呈現(xiàn)“胞狀凸起”形貌，粗糙度增加。Ni合金層由三層結(jié)構(gòu)組成，由表及里分別為：鎳沉積層、富鎳合金層、貧鎳合金層。Ni元素含量在滲層深度方向上存在3個(gè)成分平臺(tái)，逐層降低，梯度分布。Ni合金層主要的相組成為：?jiǎn)钨|(zhì)Ti、Ni，化合物Ni3Ti、Ti2Ni、NiTi、AlNi3。其中單質(zhì)Ni在鎳沉積層形成，Ni3T
3、i、Ti2Ni、NiTi金屬間化合物在富鎳合金層形成。（3）富鎳合金層的力學(xué)性能和沖蝕性能得到了明顯提高，貧鎳合金有所改善但效果不大，而鎳沉積層和Ni元素凹陷區(qū)明顯惡化，應(yīng)盡量減少鎳I太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文沉積層的厚度。（4）不同沖蝕載荷和角度下，Ni合金層以塑性沖蝕特性為主，磨損機(jī)制為微切削磨損，主要磨損形式為犁削和沖蝕坑。（5）沖蝕角度對(duì)Ni合金層的沖蝕性能有較大影響。隨著沖蝕角度的增加，Ni合金層的沖蝕率增加，在90°達(dá)到最大。（6）Ni合金層的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能對(duì)Ni合金層的沖蝕性能有較大23影響。H/E、H/E值越大
4、，Ni3Ti、Ti2Ni、NiTi含量越高，合金層的沖蝕性能越好。關(guān)鍵詞：雙輝等離子合金化，Ni合金層，納米壓入，沖蝕磨損II太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文PREPARATIONANDPERFORMANCEOFPLASMANi-ALLOYEDLAYERSONTi6Al4VALLOYSURFACEABSTRACTTitaniumalloysarewidelyusedintheaerospace,automotiveindustriesduetoitslowdensity,excellentstrengthtoweightratioand
5、highcorrosionresistance.However,itslowerhardnessandpoorwearresistancelimittheapplicationinerosion-wearcondition.Therefore,thesurfacemodificationisoneoftheeffectivemethodstoimproveitsperformance.Usingdoubleglowplasmaalloyingtechnique,theNialloyedlayerswerepreparedonthesu
6、rfaceofTi6Al4Valloy.TheplasmasurfacealloyingprocessisoptimizedbyanalyzingtheeffectsoftheprocessingtemperatureandpressureontheformationofNialloyedlayers.Thesurfaceandcross-sectionmorphology,compositiondistributionandphasestructureoftheNialloyedlayerswereanalyzed.Thenanoi
7、ndentationbehavioranderosion-wearpropertyofNialloyedlayerswerestudied.Themainresearchresultsareasfollows:(1)Afine,compactNialloyedlayerscanbefabricatedonTi6Al4Vsurfacedbydoubleglowplasmaalloyingtechnique.Theprocessparameterswereoptimized,whicharetemperature930℃,pressure
8、35Pa,alloyingtime3h,voltagedifference250V.(2)ThesurfaceofNialloyedTi6Al4Vdemonstratesnodularunits’morphologyan
