Surface modification of Ti-6Al-4V alloys using triode plasma oxidation treatments
Surface modification of Ti-6Al-4V alloys using triode plasma oxidation treatments
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三极管等离子体氧化处理 Ti-6Al-4V 合金的表面改性
DOI：
10.1016/j.surfcoat.2012.05.001
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发表时间：
2012
影响因子：
5.4
通讯作者：
Cassar G
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cassar G
在这项研究中，三极管等离子体氧化（TPO）被用于改善Ti-6Al-4V的摩擦学特性。研究了TPO对该合金球板往复滑动、冲击和微磨损磨损性能的影响。通过表面显微轮廓测量、纳米/微压痕硬度测试、划痕附着力测试、扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、扫角x射线衍射（GAXRD）和辉光发射光谱（GDOES）等数据证实了氧化过程的影响。“传统的”热氧化工艺被用来测试这种新型处理方法。TPO在700℃下处理4h后，在钛合金表面形成了一层坚硬（超过11GPa）且粘附良好的氧化层，由TiO2的锐钛矿和金红石多晶混合物组成。这一层伴随着一个更大的氧溶液强化区，从坚硬的氧化物“复合层”到延展性的基材核心，形成一个逐渐的化学和机械梯度。采用的各种磨损测试方法表明，与未经处理的合金和传统的热氧化样品相比，tpo处理的合金具有优异的耐磨性。
In this study, triode plasma oxidation (TPO) has been used to improve the tribological characteristics of Ti–6Al–4V. The effect of TPO on ball-on-plate reciprocating-sliding, impact, and micro-abrasion wear resistance of this alloy is investigated. Surface micro-profilometry, nano-/micro-indentation hardness testing, scratch-adhesion testing, scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), glancing-angle X-ray diffraction (GAXRD), and glow-discharge optical emission spectroscopy (GDOES) data is presented to corroborate the effects of the oxidation process. ‘Traditional’ thermal oxidation processes were used to benchmark this novel treatment. Following TPO treatment at 700°C for only 4h, a hard (exceeding 11GPa) and well-adhered oxide layer, composed of mixtures of the anatase and rutile polymorphs of TiO2, was formed at the surface of the Ti-alloy. This layer is accompanied by a much larger oxygen-solution strengthened zone which creates a gradual chemical and mechanical gradient from the hard oxide ‘compound layer’ into the ductile substrate core. The various wear testing methods employed revealed excellent wear resistance of the TPO-treated alloy—compared both to the untreated alloy and to conventional, thermally oxidised samples.
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