Titanlegierungen werden aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer hohen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit häufig in der Luft- und Raumfahrt, der Biomedizin und anderen Bereichen eingesetzt. Allerdings schränken die geringe Oberflächenhärte und die geringe Verschleißfestigkeit von Titanlegierungen ihre Anwendung in Umgebungen mit hoher Reibung ein. Um die Verschleißfestigkeit von Titanlegierungen zu verbessern, können verschiedene Oberflächenbeschichtungstechniken eingesetzt werden.
1. Hyperschallflammspritzen (HVOF)
Das HVOF-Verfahren wird verwendet, um unterschiedliche Dicken von Cr3C2-NiCr-, Ni50- und NiCr-Beschichtungen auf der Oberfläche der TC4-Titanlegierung herzustellen, und die verschleißfeste Ni-cBN-Oberschicht wird auf der Unterseite durch Verbundbeschichtungstechnologie hergestellt , wodurch die Haftfestigkeit und die Verschleißfestigkeit der Beschichtung deutlich verbessert werden können. Die tribologischen Eigenschaften verschiedener Beschichtungen mit TC4-Titanlegierung unter Trockenreibungsbedingungen wurden durch Testen und Analysieren der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften der Beschichtungen ermittelt. Es wurde festgestellt, dass die Ni50-Beschichtung den adhäsiven Verschleißverlust des TC4-Titanlegierungssubstrats und des Reibungsschraubstocks reduzieren kann, was ein praktikables Programm für die Gestaltung verschleißfester Beschichtungen auf der Oberfläche von Titanlegierungen und die Verbesserung der Reibungsleistung zwischen Titanlegierungsteilen darstellt .
2.Laser-Beschichtungstechnologie
Beim Laserauftragschweißen kann vorgesprühtes oder gebundenes Pulvermaterial auf der Oberfläche einer Titanlegierung geschmolzen werden, um verschleißfeste und selbstschmierende Beschichtungen herzustellen. Die Verschleißfestigkeit der Beschichtung kann durch Anpassen der Laserleistung, der Scangeschwindigkeit und des Punktdurchmessers effektiv verbessert werden und andere Prozessparameter. Darüber hinaus kann die Zugabe von verstärkenden und selbstschmierenden Phasen während des Laserauftragschweißprozesses die Mikrohärte und Verschleißfestigkeit der Beschichtung weiter verbessern. Zu den häufig verwendeten Beschichtungsmaterialien gehören Hartkeramik und selbstschmelzende Legierungen auf Nickelbasis. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Härte und Verschleißfestigkeit der Beschichtung nach dem Laserschmelzen von SiC deutlich verbessert wird.
3. Mikrolichtbogen-Oxidationstechnologie
Mikrolichtbogenoxidation kann eine Schicht aus dichtem Oxidfilm auf der Oberfläche einer Titanlegierung bilden, die durch die Kombination mit anderen Oberflächenmodifizierungstechnologien die Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Titanlegierung erheblich verbessern kann. Mikrolichtbogen-Oxidationstechnologie bei der Oberflächenvorbereitung der Keramikschicht aus Titanlegierungen mit niedriger Vorbereitungstemperatur, einfacher Ausrüstung, Lösungs-Umweltschutz, Gleichmäßigkeit und Dichte der Filmschicht und anderen Vorteilen. Durch die Mikrolichtbogenoxidationstechnologie kann auf der Oberfläche der Titanlegierung eine Filmschicht mit hoher Härte und hoher Filmbasisbindungsfestigkeit gebildet werden, was die Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit erheblich verbessert.
4. Mehrphasiger, mehrstufiger, mehrskaliger gemischter Bewehrungsentwurf
Inspiriert von der biologischen Hochleistungsmikrostruktur der Natur kann die Designidee einer mehrphasigen, mehrstufigen und mehrskaligen gemischten Verstärkung mit hoher Härte, hoher Zähigkeit und guter Verschleißfestigkeit der Beschichtung entworfen werden.
5.Thermische Spritztechnologie
Bei der thermischen Spritztechnik wird das Spritzmaterial in einen fließfähigen Zustand erhitzt und anschließend beschleunigt auf die Oberfläche des Substrats gespritzt, wodurch Beschichtungen mit spezifischen Funktionen entstehen. Diese Technologie kann die Verschleißfestigkeit von Titanlegierungen verbessern. Zu den häufig verwendeten Spritzmaterialien gehören vernickelter Graphit, monolithische Metalle und Legierungsmaterialien.
6. Kaltspritztechnik
Bei der Kaltspritztechnik handelt es sich um eine Methode, bei der das Pulvermaterial mithilfe von Hochgeschwindigkeitsgas auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt und beim Auftreffen auf die Oberfläche des Substrats plastisch verformt wird, um eine Beschichtung zu bilden. Mit dieser Technologie können verschleißfeste Beschichtungen auf der Oberfläche von Titanlegierungen hergestellt werden, was die Vorteile einer starken Beschichtungsbindung und einer geringen Porosität bietet.
7. Ionenimplantationstechnologie
Ionenimplantationstechnologie im Vakuum, niedrige Temperatur, hochenergetische geladene Ionen in das Metall in der Nähe der Oberflächenschicht, Bildung einer neuen Oberflächenmodifikation der Legierungsschicht, Bildung der Legierungsschicht und des Substrats mit einer starken Bindungskraft, mit guter verschleißfester Wirkung.
8. Dampfphasenabscheidungstechnologie
Durch die Dampfphasenabscheidung kann eine gleichmäßige Beschichtungsschicht auf der Oberfläche einer Titanlegierung gebildet werden. Durch Anpassen der Zusammensetzung und Struktur der Beschichtung können die verschleißfesten Eigenschaften der Titanlegierung wirksam verbessert werden.
9. Selbstschmierende Verbundbeschichtung
Forscher haben auch selbstschmierende Verbundbeschichtungen auf der Oberfläche von Titanlegierungen hergestellt, die harte Verstärkungsphasen und Schmierphasen wie TiN, TiMo, Ti-Ni und MoS2, TiS enthalten. Diese Beschichtungen können selbstschmierende Eigenschaften bieten und gleichzeitig verbessern Verschleißfestigkeit.
10. Hochtemperaturbeschichtungen aus Legierungen mit hoher Entropie
Hochentropie-Legierungs-Hochtemperaturbeschichtungen verfügen über viele hervorragende Eigenschaften, die durch die Anpassung des Gehalts eines oder mehrerer dieser Elemente weiter optimiert werden können, und bieten daher äußerst vielversprechende Anwendungen. Da sich diese Art der Beschichtung jedoch noch im Laborforschungsstadium befindet, müssen das Elementverhältnis und die Matrixelemente der Schmelzmantelschicht der Reaktion und andere Probleme gelöst werden.
