摘要
伴随钛合金在各行业的广泛应用，随之而来的是对钛合金性能提出的更多需求。热氧化因其制样方便快捷、经济成本低以及样品性能优异而被逐渐应用。钛合金经热氧化后可以获得更为优异的机械性能，但同时由于表面粗糙度的增加可能会影响其本身的摩擦学性能。为了更好的发挥钛合金热氧化后样品优异的力学性能，同时满足各个领域对材料抗磨减摩性能的不同要求，本论文以常用的TC4为研究对象，考察了热氧化处理对TC4合金的表面形貌及机械性能的影响，通过选择润滑剂分子，探究了热处理前后TC4合金在水基与油基润滑下的摩擦学性能，探讨了负载、滑动速率以及润滑液浓度对润滑效果的影响。论文主要思路与取得的结论如下： （1）研究了热处理温度对TC4合金的机械性能的影响。发现当热处理温度为700℃时，样品（TO700）的表面粗糙度最低，Ra为0.25μm；表面硬度达到了1150HV，相较TC4提升了近一倍；氧化层与基体具有良好的结合力，约为17N。同时伴随热处理温度的升高，氧化层晶粒变大，逐渐出现裂纹，导致力学性能变差。 （2）比较了水溶液中羟乙基纤维（HEC）和壳聚糖（CS）对TO700样品的润滑性能。发现1%CS溶液润滑效果最佳，在1N及120mm/s的滑动条件下，摩擦系数最终能稳定在0.13。这主要是由于CS在表面吸附，伴随着滑动的进行，形成了聚合物润滑层，增大了接触面积，降低了剪切应力，进而起到优异的抗磨减摩效果。 （3）研究了水溶液中乙二醇的浓度对TO700样品的润滑性能的影响。结果表明，纯乙二醇表现出最佳的润滑性能，相比于未处理的TC4合金，TO700样品的摩擦系数降低5倍，磨损率降低约60倍。这是由于金红石TiO2层的存在增强了对乙二醇分子的吸附，形成表面摩擦膜。但随着水溶液中乙二醇浓度的减小，润湿性逐渐变差，观察到更长的磨合时间和更大的磨损率。 （4）研究了TO700样品与常用基础油润滑油添加剂二烷基二硫代氨基甲酸钼（MoDTC）的复配润滑效应。TO700表面TiO2相在磨擦过程中促进MoDTC催化降解形成MoS2润滑层，进而起到降低摩擦系数的作用。此外，考察了MoDTC与Cu纳米颗粒的协同润滑性能。发现在高负载以及高速滑动条件下，Cu纳米颗粒的添加会加速MoDTC的降解，形成MoS2润滑层，同时由于摩擦闪温，在摩擦接触区域形成一层重熔的Cu膜，增大了接触面积，表现出比MoDTC单独使用时更好的润滑性能。
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