آلیاژهای تیتانیوم دارای مزایای استحکام ویژه بالا، جوش پذیری خوب، زیست سازگاری عالی و مقاومت در برابر خوردگی هستند و در حال حاضر به یک ماده ساختاری عالی برای کاربردها در هوا، زمین و محیط های دریایی تبدیل شده اند. اگرچه آلیاژهای تیتانیوم به طور گسترده در زمینه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند، سختی کم، مقاومت در برابر سایش ضعیف و ضریب اصطکاک بالا کاربرد آنها را در تریبولوژی محدود می کند.
برای بهبود خواص تریبولوژیکی آلیاژهای تیتانیوم و افزایش مقاومت به سایش آنها، عملیات کربنسازی جامد بر روی آلیاژ TA1، آلیاژ TC4 و آلیاژ TC21 انجام شد. فرآیند کربورسازی برای آلیاژهای تیتانیوم در جدول 1 نشان داده شده است. ضخامت لایه کربوره و لایه TiC در آلیاژ TA1 با دماهای کربنسازی بالاتر و زمانهای کربنسازی طولانیتر افزایش مییابد. برای آلیاژ TC4، ضخامت زیرلایه مرکب با دماهای بالاتر و زمانهای کربنسازی طولانیتر افزایش مییابد، اما ضخامت کل لایه کربوره با افزایش دمای کربنسازی کاهش مییابد. به طور مشابه، ضخامت لایه کربوره شده در آلیاژ TC21 با افزایش دمای کربوریزاسیون کاهش می یابد. در دماهای 1000 درجه تا 1100 درجه، رشد زیرلایه ترکیبی در آلیاژ TC4 با رشد ترکیبات بین فلزی Ti{14}}Al و واکنش های شیمیایی بین C و بین فلزات Ti{15}} کنترل می شود. تشکیل زیرلایه مرکب دارای یک دوره نهفتگی است. پس از این دوره، زیرلایه مرکب از قانون رشد سهموی پیروی می کند. انرژی فعال سازی انتشار محاسبه شده 192.597 کیلوژول بر مول است.
| درجه |
دمای کربورسازی (درجه) |
زمان کربورسازی (ساعت) |
|
TA1 |
950,1000,1050,1100 |
4,6 |
|
TC4 |
950,1000,1050,1100 |
1,2,4,6,10 |
|
TC21 |
950,1000,1050,1100 |
4,6 |
پس از عملیات کربورسازی، سختی سطح آلیاژ TA1، آلیاژ TC4 و آلیاژ TC21 به ترتیب 350.99٪، 163.67٪ و 175.39٪ در مقایسه با آلیاژهای اصلی افزایش یافت. تستهای اصطکاک لغزشی و سایش خشک بر روی آلیاژهای کربندار انجام شد و نتایج نشان داد که در مقایسه با آلیاژهای اصلی، نرخهای سایش آلیاژ TA1 کربوره، آلیاژ TC4 و آلیاژ TC21 به ترتیب بیش از 98.44%، 97.39% و 96.16% افزایش دما را افزایش دادند. پارامترهای تست سایش در جدول 2 نشان داده شده است.
|
سرعت لغزش (m/s) |
بار محموله (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 |
