Zliatiny titánu majú výhody vysokej špecifickej pevnosti, dobrej zvárateľnosti, vynikajúcej biokompatibility a odolnosti proti korózii a teraz sa stali vynikajúcim konštrukčným materiálom pre aplikácie vo vzduchu, na zemi a v morskom prostredí. Hoci sa zliatiny titánu široko používajú v rôznych oblastiach, ich nízka tvrdosť, nízka odolnosť proti opotrebovaniu a vysoký koeficient trenia značne obmedzujú ich použitie v tribológii.
Na zlepšenie tribologických vlastností titánových zliatin a zvýšenie ich odolnosti proti opotrebeniu sa na zliatine TA1, zliatine TC4 a zliatine TC21 uskutočnilo tuhé nauhličovanie. Proces nauhličovania titánových zliatin je uvedený v tabuľke 1. Hrúbka nauhličovanej vrstvy a vrstvy TiC v zliatine TA1 sa zvyšuje s vyššími teplotami nauhličovania a dlhšími časmi nauhličovania. V prípade zliatiny TC4 sa hrúbka zloženej podvrstvy zvyšuje s vyššími teplotami a dlhšími časmi nauhličovania, ale celková hrúbka nauhličovanej vrstvy sa znižuje so zvyšujúcou sa teplotou nauhličovania. Podobne hrúbka nauhličovanej vrstvy v zliatine TC21 klesá so zvyšujúcou sa teplotou nauhličovania. Pri teplotách 1000 stupňov – 1100 stupňov je rast zloženej podvrstvy v zliatine TC4 riadený rastom intermetalických zlúčenín Ti-Al a chemickými reakciami medzi C a intermetalickými zlúčeninami Ti-Al. Tvorba zloženej podvrstvy má inkubačnú dobu; po tomto období sa zložená podvrstva riadi parabolickým zákonom rastu. Vypočítaná difúzna aktivačná energia je 192,597 kJ/mol.
| stupňa |
Teplota nauhličovania (stupeň) |
Doba nauhličovania (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 |
Po úprave nauhličením sa povrchová tvrdosť zliatiny TA1, zliatiny TC4 a zliatiny TC21 zvýšila o 350,99 %, 163,67 % a 175,39 % v porovnaní s pôvodnými zliatinami. Na nauhličovaných zliatinách sa uskutočnili testy suchého klzného trenia a opotrebenia a výsledky ukázali, že v porovnaní s pôvodnými zliatinami sa miera opotrebovania nauhličovanej zliatiny TA1, zliatiny TC4 a zliatiny TC21 znížila o viac ako 98,44 %, 97,39 % a 96,16 % a odolnosť proti opotrebovaniu zliatiny TC4 sa zvýšila so zvýšením teploty nauhličovania. Parametre testu opotrebovania sú uvedené v tabuľke 2.
|
Rýchlosť posuvu (m/s) |
Načítať užitočné zaťaženie (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 |
