Τα κράματα τιτανίου έχουν τα πλεονεκτήματα της υψηλής ειδικής αντοχής, της καλής συγκολλητικότητας, της εξαιρετικής βιοσυμβατότητας και της αντοχής στη διάβρωση και έχουν γίνει πλέον ένα εξαιρετικό δομικό υλικό για εφαρμογές στον αέρα, το έδαφος και το θαλάσσιο περιβάλλον. Αν και τα κράματα τιτανίου χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους τομείς, η χαμηλή σκληρότητα, η κακή αντίσταση στη φθορά και ο υψηλός συντελεστής τριβής περιορίζουν σημαντικά τις εφαρμογές τους στην τριβολογία.
Για να βελτιωθούν οι τριβολογικές ιδιότητες των κραμάτων τιτανίου και να ενισχυθεί η αντοχή τους στη φθορά, πραγματοποιήθηκε επεξεργασία στερεάς ενανθράκωσης σε κράμα TA1, κράμα TC4 και κράμα TC21. Η διαδικασία ενανθράκωσης για τα κράματα τιτανίου παρουσιάζεται στον Πίνακα 1. Το πάχος του στρώματος ενανθράκωσης και του στρώματος TiC στο κράμα ΤΑ1 αυξάνεται με υψηλότερες θερμοκρασίες ενανθράκωσης και μεγαλύτερους χρόνους ενανθράκωσης. Για το κράμα TC4, το πάχος της σύνθετης υποστιβάδας αυξάνεται με υψηλότερες θερμοκρασίες και μεγαλύτερους χρόνους ενανθράκωσης, αλλά το συνολικό πάχος του ενανθρακωμένου στρώματος μειώνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία ενανθράκωσης. Ομοίως, το πάχος του ενανθρακωμένου στρώματος στο κράμα TC21 μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας ενανθράκωσης. Σε θερμοκρασίες 1000 μοιρών –1100 μοιρών, η ανάπτυξη της σύνθετης υποστιβάδας σε κράμα TC4 ελέγχεται από την ανάπτυξη διαμεταλλικών ενώσεων Ti{14}}Al και τις χημικές αντιδράσεις μεταξύ C και των διαμεταλλικών Ti-Al. Ο σχηματισμός της σύνθετης υποστιβάδας έχει περίοδο επώασης. Μετά από αυτή την περίοδο, η σύνθετη υποστιβάδα ακολουθεί έναν νόμο παραβολικής ανάπτυξης. Η υπολογιζόμενη ενέργεια ενεργοποίησης διάχυσης είναι 192.597 kJ/mol.
| Βαθμός |
Θερμοκρασία ενυδάτωσης (βαθμός) |
Χρόνος ενυδάτωσης (h) |
|
ΤΑ1 |
950,1000,1050,1100 |
4,6 |
|
TC4 |
950,1000,1050,1100 |
1,2,4,6,10 |
|
TC21 |
950,1000,1050,1100 |
4,6 |
Μετά την επεξεργασία ενανθράκωσης, η επιφανειακή σκληρότητα του κράματος TA1, του κράματος TC4 και του κράματος TC21 αυξήθηκε κατά 350,99%, 163,67% και 175,39%, αντίστοιχα, σε σύγκριση με τα αρχικά κράματα. Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές ξηρής τριβής ολίσθησης και φθοράς στα ενανθρακωμένα κράματα και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι σε σύγκριση με τα αρχικά κράματα, οι ρυθμοί φθοράς του κράματος TA1, του κράματος TC4 και του κράματος TC21 μειώθηκαν κατά περισσότερο από 98,44%, 97,39% και 96,16% βελτίωσαν τη θερμοκρασία φθοράς του κράματος TC21, αντίστοιχα. Οι παράμετροι δοκιμής φθοράς φαίνονται στον Πίνακα 2.
|
Ταχύτητα ολίσθησης (m/s) |
Φόρτωση ωφέλιμου φορτίου (N) |
|
0.2 |
10,15,20,30,40,50,60,70,80,100,120 |
|
0.5 |
10,20,30,40,60,80,100,120,140,180 |
|
1.0 |
10,15,20,25,30,35,40,50,60 |
|
2.0 |
10,15,20,25,30 |
