Hợp kim titan có ưu điểm là cường độ riêng cao, khả năng hàn tốt, khả năng tương thích sinh học tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn và hiện đã trở thành vật liệu kết cấu tuyệt vời cho các ứng dụng trong môi trường không khí, đất liền và biển. Mặc dù hợp kim titan được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, nhưng độ cứng thấp, khả năng chống mài mòn kém và hệ số ma sát cao đã hạn chế rất nhiều ứng dụng của chúng trong ma sát.
Để cải thiện đặc tính ma sát của hợp kim titan và tăng cường khả năng chống mài mòn của chúng, quá trình xử lý cacbon hóa rắn được tiến hành trên hợp kim TA1, hợp kim TC4 và hợp kim TC21. Quá trình cacbon hóa cho hợp kim titan được thể hiện trong Bảng 1. Độ dày của lớp cacbon hóa và lớp TiC trong hợp kim TA1 tăng lên khi nhiệt độ cacbon hóa cao hơn và thời gian cacbon hóa dài hơn. Đối với hợp kim TC4, độ dày của lớp con hỗn hợp tăng lên khi nhiệt độ cao hơn và thời gian cacbon hóa dài hơn, nhưng tổng độ dày của lớp cacbon hóa giảm khi nhiệt độ cacbon hóa tăng. Tương tự, độ dày của lớp cacbon hóa trong hợp kim TC21 giảm khi nhiệt độ cacbon hóa tăng. Ở nhiệt độ 1000 độ –1100 độ, sự phát triển của lớp con hợp chất trong hợp kim TC4 được kiểm soát bởi sự phát triển của các hợp chất liên kim Ti-Al và các phản ứng hóa học giữa C và Ti{15}}Al liên kim loại. Sự hình thành lớp con hợp chất có thời gian ủ bệnh; sau giai đoạn này, lớp con phức hợp tuân theo quy luật tăng trưởng parabol. Năng lượng kích hoạt khuếch tán được tính toán là 192,597 kJ/mol.
| Cấp |
Nhiệt độ cacbon hóa (độ) |
Thời gian cacbon hóa (h) |
|
TA1 |
950,1000,1050,1100 |
4,6 |
|
TC4 |
950,1000,1050,1100 |
1,2,4,6,10 |
|
TC21 |
950,1000,1050,1100 |
4,6 |
Sau khi xử lý cacbon hóa, độ cứng bề mặt của hợp kim TA1, hợp kim TC4 và hợp kim TC21 tăng lần lượt là 350,99%, 163,67% và 175,39% so với hợp kim ban đầu. Các thử nghiệm mài mòn và ma sát trượt khô đã được tiến hành trên các hợp kim được cacbon hóa và kết quả cho thấy so với các hợp kim ban đầu, tốc độ mài mòn của hợp kim TA1 được cacbon hóa, hợp kim TC4 và hợp kim TC21 giảm hơn 98,44%, 97,39% và 96,16%, tương ứng và khả năng chống mài mòn của hợp kim TC4 được cải thiện khi nhiệt độ cacbon hóa tăng lên. Các thông số kiểm tra độ mài mòn được thể hiện trong Bảng 2.
|
Tốc độ trượt (m/s) |
Tải trọng tải(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 |
