Jak zlepšit chování titanových slitin při opotřebení?

Titanové slitiny mají výhody vysoké měrné pevnosti, dobré svařitelnosti, vynikající biokompatibility a odolnosti proti korozi a nyní se staly vynikajícím konstrukčním materiálem pro aplikace ve vzduchu, na zemi a v mořském prostředí. Ačkoli jsou slitiny titanu široce používány v různých oblastech, jejich nízká tvrdost, špatná odolnost proti opotřebení a vysoký koeficient tření značně omezují jejich použití v tribologii.

Pro zlepšení tribologických vlastností titanových slitin a zvýšení jejich odolnosti proti opotřebení bylo na slitině TA1, slitině TC4 a slitině TC21 provedeno nauhličování. Proces nauhličování titanových slitin je uveden v tabulce 1. Tloušťka nauhličované vrstvy a vrstvy TiC ve slitině TA1 se zvyšuje s vyššími teplotami nauhličování a delšími dobami nauhličování. U slitiny TC4 tloušťka nauhličované podvrstvy roste s vyššími teplotami a delšími dobami nauhličování, ale celková tloušťka nauhličované vrstvy se zmenšuje s rostoucí teplotou nauhličování. Podobně tloušťka nauhličované vrstvy ve slitině TC21 klesá se zvyšující se teplotou nauhličování. Při teplotách 1000 až 1100 stupňů je růst složené podvrstvy slitiny TC4 řízen růstem intermetalických sloučenin Ti-Al a chemickými reakcemi mezi C a intermetalickými sloučeninami Ti-Al. Tvorba subvrstvy sloučeniny má inkubační dobu; po této době se složená podvrstva řídí zákonem parabolického růstu. Vypočtená difúzní aktivační energie je 192,597 kJ/mol.

Po nauhličování se povrchová tvrdost slitiny TA1, slitiny TC4 a slitiny TC21 zvýšila o 350,99 %, 163,67 % a 175,39 % v porovnání s původními slitinami. Na nauhličovaných slitinách byly provedeny zkoušky kluzného tření za sucha a opotřebení a výsledky ukázaly, že ve srovnání s původními slitinami se rychlost opotřebení nauhličované slitiny TA1, slitiny TC4 a slitiny TC21 snížila o více než 98,44 %, 97,39 % a 96,16 % a odolnost proti opotřebení slitiny TC4 se zvyšovala se zvýšením teploty nauhličování. Parametry testu opotřebení jsou uvedeny v tabulce 2.