钛合金表面复合强化后的热疲劳性能
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表面强 化 和离子 束增 强沉 积 技术 （Ｂ Ｄ） Ｉ Ｅ 相结 合 ， 在
钛合金 表面形 成 复 合强 化 层 ， 研 究 了 复合 强 化 后 并
对钛合 金 的热疲 劳性 能的影 响 。
５ ０ ， 别 在 热循 环 ０ ５ １ ，０ ３ ，０ ５ ０℃ 分 ， ，０ ２ ，０ ４ ，０次 下
王 少鹏 ， 生儒 ， 志 宏 乔 葛
（ 西北 工业 大学 超高 温结 构复合 材 料实验 室 ， 西安 ７ ０ ７ ） １ ０ ９
摘 要 ： 氩气下分别采用 Ｙ ８ Ｇ一 硬质合金和硅青铜电极在 Ｔ １ 表 面形 成瞬态 电能表 面强化层 ， ｉ ７ 然后 用离子束 增强沉积铜
合 金 ， 成 复 合 强 化 层 。空 气 介 质 中在 光 辐 射 热 疲 劳 试 验 机 上进 行 热疲 劳试 验 ， 不 同 热循 环 周 次 下 测 量 试 样 的 电 阻 ， 用 Ｓ Ｍ 形 在 并 Ｅ 观 察 了 热 循 环 前 后 的 组织 。结 果 表 明 ， 合 强 化 后 的 强化 层 中存 在 气 孔 和微 裂 纹 ， 化 层 和基 体 界 面 处 的 缺 陷 相 对 集 中 。２ ＂ ～ 复 强 ５ Ｃ ５０ ０ ＂ 疲 劳 后 ， 层 中裂 纹 的数 量 和 尺 寸 增 加 ， 在 氧化 痕 迹 ， 没有 剥 落 现 象 。强 化 试 样 热 疲 劳 后 电阻 表征 的 损 伤 量 比未 强 Ｃ热 强化 存 但 化 试 样 略 大 ， 近 似认 为 复 合 强 化 对 Ｔ ｌ 热 疲 劳 性 能影 响 很 小 。 可 ｊ７的
钛合 金是航 空 、 天 、 舶 、 工 等领 域 重 要 的 航 船 化 应用 材料 之一 ， 具 有 密度 低 、 它 比强 度 高 、 腐蚀 性 耐 优异及 高 温性 能稳 定 等 优点 ， 在其 他 方 面 的 应用 也 越来 越受 到重 视 Ｌ 』 １ 。然而 钛 合 金 的 耐磨 性 差 ， 在 实际应 用 中很容 易 造 成磨 损 失 效 ， 为此 必 须 对 钛合 金进行 表 面 改 性 处 理 Ｌ 』 ３ 。在 某 种 特 定 的 工 作 环 境下 ， 既要 求提 高钛 合金耐 磨性 ， 同时还要 求对 抗 热 疲劳性 影 响较 小 。在 这一 背 景 下 ， 究 了 瞬态 电能 研
测量 试样 的 电阻 ， 量 装 置 为 ８ 测 ４型数 字 直 流 电
１ 买 验 方 法
Ｔｌ ｉ７钛合 金 加 工 成 图 １所 示 的 热 疲 劳 试 样 。
桥， 其最 小 读 数 为 １ ＿ 欧 姆 。 利 用 电 阻 相 对 变 化 ０‘ ＤＲ表征 热 循 环 对 试 样 的损 伤 』其 损 伤表 达 式 ５ ， 为 ＤＲ：１ 一Ｒ０ ＲＮ 式 中 Ｒ０ 初 始 电 阻 ， Ｎ为 经 ／ ， 为 Ｒ 过 Ｎ 次热循 环 后 的电阻 。 热 循 环 前 后 用 ＨＩ ＡＣ Ｓ一４ ０ Ｔ ＨＩ ７ ０扫 描 电镜 （ Ｅ 观 察复 合强 化 试样 剖 面 的显 微 组 织 ， Ｓ Ｍ） 以分 析
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第 ５ ９卷
第 ４期
有 色 金 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ属
Ｎｏ ｆ ｒｏｕ ｅ ａｓ ｎ ｅ ｒ ｓ Ｍ ｔ ｌ
Ｖｏ ． ９． Ｎｏ． １５ ４
Ｎｏ ｅ ｅ ２ ０ ０ ７ ｖ ｍｂ ｒ
２ ０ ０７ 年 ｌ １月
钛 合 金 表 面 复 合 强 化后 的热 疲 劳性 能
２ 试 验 结 果 和 讨 论
２ １ 热 循环 前后 的显微 组 织 比较 ． 瞬 态 电能 表 面 强化 时 ， 电极材 料 和被 强 化 金属
材料 间产 生高能 局 部 脉 冲 放 电 ， 电极 材 料 快 速熔 使
用氩 离子 束清 洗 试 样 表 面 １ ｍｉ ， 积 过 程 中用 氩 ０ ｎ沉
离子轰 击 沉积 的膜层 ， 积 时 间 １ 。先 后 两 种 表 面 沉 ｈ 处理方 法在 Ｔ １ ｉ ７热 疲 劳试 样 表 面 形 成 了 复合 强 化
收稿 日期 ：０ ６ １ ６ ２ ０ 一Ｏ —２
基 金 项 目 ： 口配套研制项 目（ 民 钛合金表面改性技术研究）
融迁 移到 工件 表面 。 电极 材料 和被 强化金 属材 料在 局部高 温 （ ０ ０ １０ ０ 及 电离 气 体 产 生 的 高压 ５ ０ ～ ０ ０ ℃） 下 ， 生物 理化 学 冶金反 应 ， 发 生成 由 电极 材料 和基体
层。
图 １ 热 疲 劳 试 样 形 状 及 尺 寸
Ｆｉ． Ｓ ｅ ｉ ｎｏ ｈ ｒ ｌ ａｉｕ ｇ １ ｐ ｃｍｅ ｆｔｅｍａ ｔ ｅ ｆ ｇ
采 用光 辐 射 加 热一 体 吸 收冷 却 原 理 自制 的热 黑 疲劳试 验机 ， 在空 气 介 质 中测 量复 合 强 化 试样 和 未 强化试 样 的 热 疲 劳性 能 。热 循 环 温 度 区 间 为 ２ ℃ ５
关键词 ： 金属材料 ； 钛合金 ； 复合强化 ； 劳； 热疲 电阻
中图 分 类 号 ： Ｇ ４ ．３ Ｔ １４４ ； Ｇ １ ． 文 献 标 识 码 ： Ｔ １６２ ； Ｇ ７ ．４ Ｔ １３２ ５ Ａ
文 章 编 号 ：０ １ ０１（０７０ — ０３ ０ １０ ～ ２１２０ ）４ ０２ — ４
热循 环对 试样 基 体及强 化层 组织 的影 响 。
试 样经 ８ ０号砂纸 打磨 ， 除表面 的氧 化膜 ， ０ 去 然后 用
丙酮 清洗 。用 Ｓ Ｑ一２型 瞬态 电能 表 面强 化 器 ， 氩 在 气 的保护 下 ， 分别采 用 Ｙ Ｇ一８硬质 合 金和硅 青 铜 合 金 电极在 Ｔｉ ｌ 面形 成瞬 态 电能表 面强化 层 ， 艺 ７表 工 参数 为 电容 １ ０Ｌ 电压 ６ Ｖ。然后 在 Ｐ Ｅ ８ｔ Ｆ， ０ Ｉ ＭＡＤ一 ０ ３离 子束增 强沉 积磁 控溅射 设 备 上 ， 离 子 束增 强 用 沉积 （Ｂ Ｄ） 合金 ， ＩＥ 铜 磁控 靶材 为 硅青 铜 。沉 积前 先
表面强 化 和离子 束增 强沉 积 技术 （Ｂ Ｄ） Ｉ Ｅ 相结 合 ， 在
钛合金 表面形 成 复 合强 化 层 ， 研 究 了 复合 强 化 后 并
对钛合 金 的热疲 劳性 能的影 响 。
５ ０ ， 别 在 热循 环 ０ ５ １ ，０ ３ ，０ ５ ０℃ 分 ， ，０ ２ ，０ ４ ，０次 下
王 少鹏 ， 生儒 ， 志 宏 乔 葛
（ 西北 工业 大学 超高 温结 构复合 材 料实验 室 ， 西安 ７ ０ ７ ） １ ０ ９
摘 要 ： 氩气下分别采用 Ｙ ８ Ｇ一 硬质合金和硅青铜电极在 Ｔ １ 表 面形 成瞬态 电能表 面强化层 ， ｉ ７ 然后 用离子束 增强沉积铜
合 金 ， 成 复 合 强 化 层 。空 气 介 质 中在 光 辐 射 热 疲 劳 试 验 机 上进 行 热疲 劳试 验 ， 不 同 热循 环 周 次 下 测 量 试 样 的 电 阻 ， 用 Ｓ Ｍ 形 在 并 Ｅ 观 察 了 热 循 环 前 后 的 组织 。结 果 表 明 ， 合 强 化 后 的 强化 层 中存 在 气 孔 和微 裂 纹 ， 化 层 和基 体 界 面 处 的 缺 陷 相 对 集 中 。２ ＂ ～ 复 强 ５ Ｃ ５０ ０ ＂ 疲 劳 后 ， 层 中裂 纹 的数 量 和 尺 寸 增 加 ， 在 氧化 痕 迹 ， 没有 剥 落 现 象 。强 化 试 样 热 疲 劳 后 电阻 表征 的 损 伤 量 比未 强 Ｃ热 强化 存 但 化 试 样 略 大 ， 近 似认 为 复 合 强 化 对 Ｔ ｌ 热 疲 劳 性 能影 响 很 小 。 可 ｊ７的
钛合 金是航 空 、 天 、 舶 、 工 等领 域 重 要 的 航 船 化 应用 材料 之一 ， 具 有 密度 低 、 它 比强 度 高 、 腐蚀 性 耐 优异及 高 温性 能稳 定 等 优点 ， 在其 他 方 面 的 应用 也 越来 越受 到重 视 Ｌ 』 １ 。然而 钛 合 金 的 耐磨 性 差 ， 在 实际应 用 中很容 易 造 成磨 损 失 效 ， 为此 必 须 对 钛合 金进行 表 面 改 性 处 理 Ｌ 』 ３ 。在 某 种 特 定 的 工 作 环 境下 ， 既要 求提 高钛 合金耐 磨性 ， 同时还要 求对 抗 热 疲劳性 影 响较 小 。在 这一 背 景 下 ， 究 了 瞬态 电能 研
测量 试样 的 电阻 ， 量 装 置 为 ８ 测 ４型数 字 直 流 电
１ 买 验 方 法
Ｔｌ ｉ７钛合 金 加 工 成 图 １所 示 的 热 疲 劳 试 样 。
桥， 其最 小 读 数 为 １ ＿ 欧 姆 。 利 用 电 阻 相 对 变 化 ０‘ ＤＲ表征 热 循 环 对 试 样 的损 伤 』其 损 伤表 达 式 ５ ， 为 ＤＲ：１ 一Ｒ０ ＲＮ 式 中 Ｒ０ 初 始 电 阻 ， Ｎ为 经 ／ ， 为 Ｒ 过 Ｎ 次热循 环 后 的电阻 。 热 循 环 前 后 用 ＨＩ ＡＣ Ｓ一４ ０ Ｔ ＨＩ ７ ０扫 描 电镜 （ Ｅ 观 察复 合强 化 试样 剖 面 的显 微 组 织 ， Ｓ Ｍ） 以分 析
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第 ５ ９卷
第 ４期
有 色 金 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ属
Ｎｏ ｆ ｒｏｕ ｅ ａｓ ｎ ｅ ｒ ｓ Ｍ ｔ ｌ
Ｖｏ ． ９． Ｎｏ． １５ ４
Ｎｏ ｅ ｅ ２ ０ ０ ７ ｖ ｍｂ ｒ
２ ０ ０７ 年 ｌ １月
钛 合 金 表 面 复 合 强 化后 的热 疲 劳性 能
２ 试 验 结 果 和 讨 论
２ １ 热 循环 前后 的显微 组 织 比较 ． 瞬 态 电能 表 面 强化 时 ， 电极材 料 和被 强 化 金属
材料 间产 生高能 局 部 脉 冲 放 电 ， 电极 材 料 快 速熔 使
用氩 离子 束清 洗 试 样 表 面 １ ｍｉ ， 积 过 程 中用 氩 ０ ｎ沉
离子轰 击 沉积 的膜层 ， 积 时 间 １ 。先 后 两 种 表 面 沉 ｈ 处理方 法在 Ｔ １ ｉ ７热 疲 劳试 样 表 面 形 成 了 复合 强 化
收稿 日期 ：０ ６ １ ６ ２ ０ 一Ｏ —２
基 金 项 目 ： 口配套研制项 目（ 民 钛合金表面改性技术研究）
融迁 移到 工件 表面 。 电极 材料 和被 强化金 属材 料在 局部高 温 （ ０ ０ １０ ０ 及 电离 气 体 产 生 的 高压 ５ ０ ～ ０ ０ ℃） 下 ， 生物 理化 学 冶金反 应 ， 发 生成 由 电极 材料 和基体
层。
图 １ 热 疲 劳 试 样 形 状 及 尺 寸
Ｆｉ． Ｓ ｅ ｉ ｎｏ ｈ ｒ ｌ ａｉｕ ｇ １ ｐ ｃｍｅ ｆｔｅｍａ ｔ ｅ ｆ ｇ
采 用光 辐 射 加 热一 体 吸 收冷 却 原 理 自制 的热 黑 疲劳试 验机 ， 在空 气 介 质 中测 量复 合 强 化 试样 和 未 强化试 样 的 热 疲 劳性 能 。热 循 环 温 度 区 间 为 ２ ℃ ５
关键词 ： 金属材料 ； 钛合金 ； 复合强化 ； 劳； 热疲 电阻
中图 分 类 号 ： Ｇ ４ ．３ Ｔ １４４ ； Ｇ １ ． 文 献 标 识 码 ： Ｔ １６２ ； Ｇ ７ ．４ Ｔ １３２ ５ Ａ
文 章 编 号 ：０ １ ０１（０７０ — ０３ ０ １０ ～ ２１２０ ）４ ０２ — ４
热循 环对 试样 基 体及强 化层 组织 的影 响 。
试 样经 ８ ０号砂纸 打磨 ， 除表面 的氧 化膜 ， ０ 去 然后 用
丙酮 清洗 。用 Ｓ Ｑ一２型 瞬态 电能 表 面强 化 器 ， 氩 在 气 的保护 下 ， 分别采 用 Ｙ Ｇ一８硬质 合 金和硅 青 铜 合 金 电极在 Ｔｉ ｌ 面形 成瞬 态 电能表 面强化 层 ， 艺 ７表 工 参数 为 电容 １ ０Ｌ 电压 ６ Ｖ。然后 在 Ｐ Ｅ ８ｔ Ｆ， ０ Ｉ ＭＡＤ一 ０ ３离 子束增 强沉 积磁 控溅射 设 备 上 ， 离 子 束增 强 用 沉积 （Ｂ Ｄ） 合金 ， ＩＥ 铜 磁控 靶材 为 硅青 铜 。沉 积前 先