¿Cómo mejorar el comportamiento de desgaste de las aleaciones de titanio?

Las aleaciones de titanio tienen las ventajas de una alta resistencia específica, buena soldabilidad, excelente biocompatibilidad y resistencia a la corrosión, y ahora se han convertido en un excelente material estructural para aplicaciones en ambientes aéreos, terrestres y marinos. Aunque las aleaciones de titanio se utilizan ampliamente en diversos campos, su baja dureza, escasa resistencia al desgaste y alto coeficiente de fricción limitan en gran medida sus aplicaciones en tribología.

Para mejorar las propiedades tribológicas de las aleaciones de titanio y mejorar su resistencia al desgaste, se realizó un tratamiento de carburación sólida en las aleaciones TA1, TC4 y TC21. El proceso de carburación para aleaciones de titanio se muestra en la Tabla 1. El espesor de la capa carburizada y la capa de TiC en la aleación TA1 aumenta con temperaturas de carburación más altas y tiempos de carburación más prolongados. Para la aleación TC4, el espesor de la subcapa compuesta aumenta con temperaturas más altas y tiempos de carburación más prolongados, pero el espesor total de la capa cementada disminuye a medida que aumenta la temperatura de carburación. De manera similar, el espesor de la capa carburizada en la aleación TC21 disminuye al aumentar la temperatura de carburación. A temperaturas de 1000 grados a 1100 grados, el crecimiento de la subcapa compuesta en la aleación TC4 está controlado por el crecimiento de los compuestos intermetálicos de Ti-Al y las reacciones químicas entre el C y los intermetálicos de Ti-Al. La formación de la subcapa compuesta tiene un período de incubación; Después de este período, la subcapa compuesta sigue una ley de crecimiento parabólico. La energía de activación de difusión calculada es 192,597 kJ/mol.

Después del tratamiento de cementación, la dureza superficial de las aleaciones TA1, TC4 y TC21 aumentó en un 350,99%, 163,67% y 175,39%, respectivamente, en comparación con las aleaciones originales. Se realizaron pruebas de desgaste y fricción por deslizamiento en seco en las aleaciones carburizadas y los resultados mostraron que, en comparación con las aleaciones originales, las tasas de desgaste de las aleaciones TA1, TC4 y TC21 carburizadas disminuyeron en más de un 98,44%, 97,39% y 96,16%, respectivamente, y la resistencia al desgaste de la aleación TC4 mejoró a medida que aumentó la temperatura de cementación. Los parámetros de la prueba de desgaste se muestran en la Tabla 2.