Kuidas parandada titaanisulamite kulumiskäitumist?

Titaanisulamite eelisteks on kõrge eritugevus, hea keevitatavus, suurepärane biosobivus ja korrosioonikindlus ning neist on nüüdseks saanud suurepärane konstruktsioonimaterjal kasutamiseks õhu-, maa- ja merekeskkonnas. Kuigi titaanisulameid kasutatakse laialdaselt erinevates valdkondades, piiravad nende madal kõvadus, halb kulumiskindlus ja kõrge hõõrdetegur oluliselt nende kasutamist triboloogias.

Titaanisulamite triboloogiliste omaduste parandamiseks ja kulumiskindluse suurendamiseks viidi läbi TA1 sulami, TC4 sulami ja TC21 sulami tahke karburiseerimistöötlus. Titaanisulamite karburiseerimisprotsess on näidatud tabelis 1. Karbureeritud kihi ja TiC kihi paksus TA1 sulamis suureneb kõrgemate karburiseerimistemperatuuride ja pikemate karburiseerimisaegadega. TC4 sulami puhul suureneb ühendi alamkihi paksus kõrgemate temperatuuride ja pikemate karburiseerimisaegadega, kuid karburiseerimistemperatuuri tõustes karburisatsioonikihi kogupaksus väheneb. Samamoodi väheneb TC21 sulamis karbureeritud kihi paksus karburiseerimistemperatuuri tõustes. Temperatuuridel 1000–1100 kraadi kontrollib TC4 sulamis ühendi alamkihi kasvu Ti-Al intermetalliliste ühendite kasv ning C ja Ti{15}}Al intermetallide vahelised keemilised reaktsioonid. Ühendi alamkihi moodustumisel on inkubatsiooniperiood; pärast seda perioodi järgib liitalakiht paraboolset kasvuseadust. Arvutatud difusiooni aktiveerimise energia on 192,597 kJ/mol.

Pärast karburiseerivat töötlemist suurenes TA1 sulami, TC4 sulami ja TC21 sulami pinna kõvadus võrreldes algsete sulamitega vastavalt 350,99%, 163,67% ja 175,39%. Karbureeritud sulamitega viidi läbi kuivlibisemis- ja kulumiskatsed ning tulemused näitasid, et võrreldes algsete sulamitega vähenes karburiseeritud TA1 sulami, TC4 sulami ja TC21 sulami kulumismäär rohkem kui 98,44%, 97,39% ja 96,16% võrra, kuna TC kulumiskindlus paranes, TC kulumiskindlus paranes4. suurenenud. Kulumiskatse parameetrid on toodud tabelis 2.