チタン合金の摩耗挙動を改善するにはどうすればよいですか?

チタン合金は、高い比強度、良好な溶接性、優れた生体適合性、耐食性という利点を備えており、現在、空、陸、海洋環境での用途に適した優れた構造材料となっています。チタン合金はさまざまな分野で広く使用されていますが、硬度が低く、耐摩耗性が低く、摩擦係数が高いため、トライボロジーでの用途は大きく制限されています。

チタン合金のトライボロジー特性を向上させ、耐摩耗性を向上させるため、TA1合金、TC4合金、TC21合金に固体浸炭処理を施しました。チタン合金の浸炭プロセスを表 1 に示します。TA1 合金の浸炭層と TiC 層の厚さは、浸炭温度が高く、浸炭時間が長いほど増加します。 TC4 合金の場合、温度が高く浸炭時間が長いほど化合物副層の厚さは増加しますが、浸炭層の総厚さは浸炭温度が上昇するにつれて減少します。同様に、TC21 合金の浸炭層の厚さは浸炭温度の上昇とともに減少します。 1000 度～1100 度の温度では、TC4 合金の化合物副層の成長は、Ti-Al 金属間化合物の成長と、C と Ti-Al 金属間化合物の間の化学反応によって制御されます。複合副層の形成には潜伏期間があります。この期間の後、複合副層は放物線状の成長則に従います。計算された拡散活性化エネルギーは 192.597 kJ/mol です。

浸炭処理後、TA1 合金、TC4 合金、TC21 合金の表面硬度は、元の合金と比較して、それぞれ 350.99%、163.67%、175.39% 増加しました。浸炭合金について乾式滑り摩擦試験と摩耗試験を行ったところ、元の合金と比較して、浸炭したTA1合金、TC4合金、TC21合金の摩耗率がそれぞれ98.44%、97.39%、96.16%以上減少し、浸炭温度が上昇するにつれてTC4合金の耐摩耗性が向上したことがわかりました。摩耗試験パラメータを表 2 に示します。