FRICTION AND WEAR PROPERTIES OF SURFACE PLASMA Cr W ALLOYING LAYER OF γ TiAl ALLOY

Đ 49 Đ 11 Vol.49 No.11 2013 ³ 11 Đ 1406 1410 CT METLLURGIC SINIC Nov. 2013 pp.1406 1410 γ Til º Cr W º  û ÒÑ ( ÌÇ̵ Öà Å, 211106) Ë Ç º ÙÄÞ «γ Til Cr W. ÅÚÆ, γ Til Cr W, Ú Å ±, ÑÎ Ú Å 648.8 HV 0.1, ß³ Ô 2. Ó ÚÆ, Cr W ±À 70 N ÚÎ, ß³² Î. Đ ¹ ÏÚ µ ÚÆ, Cr W µì ¾ 0.43, ß³Ú 0.70, Å, ÅÐ, ÔÔ ß³Ï ±Å ; 500 µ ÚÆ, Cr W µì 0.50, ß³Ú 0.75, Ñ ß³ ¼ Ï. γ Til, ÙÄÞ «, Cr W, µ Þ± Ï ½³ TG174.4 À Ì ³ 0412 1961(2013)11 1406 05 FRICTION ND WER PROPERTIES OF SURFCE PLSM Cr W LLOYING LYER OF γ Til LLOY WEI Xiangfei, ZHNG Pingze, WEI Dongbo, CHEN Xiaohu, WNG Qiong, WNG Ruonan College of Materials Science and Engineering, Nanjing University of eronautics and stronautics, Nanjing 211106 Correspondent: ZHNG Pingze, professor, Tel: 13951883686, E-mail: pzzhang@nuaa.edu.cn Supported by National Natural Science Foundation of China (No.51175247) Manuscript received 2013 08 07, in revised form 2013 08 28 STRCT Cr W alloying layer was prepared on the Til alloy by using the double glow plasma surface alloying technology (DGP). The hardness tests show that the surface micro hardness of Cr W alloying layer is greatly increased and the micro hardness of diffusion layer is 648.8 HV 0.1, increased two times more than the matrix. The scratch tests show that the bond between Til alloy and Cr W alloying layer is very good and the layer at least can withstand 70 N vertical load. The friction and wear at room temperature tests show that the friction coefficient of Cr W alloying layer is about 0.43, that of the matrix is 0.70. The wear scar is narrow, and the depth is small. The wear weight loss and wear rate relative to the matrix decrease greatly. The friction and wear at 500 tests show that the friction coefficient of Cr W alloying layer is about 0.50, that of the body is 0.75. The wear weight loss and wear rate of Cr W alloying layer are all less than the matrix. KEY WORDS γ Til alloy, doulb glow plasma surface alloying technology(dgp), Cr W alloying layer, friction and wear property γ Til ¹ ½ Ì ÐÅ«ß Ò ÐÏ ÍÆ ÏÛ³ Ä ß, Ø º ²Á Ä Á Û ««ÏÛÁ Öß², ÎÓ¹ Ü Ð Ð ÍÈÍ Û È ½Õ Û [1,2]. Ç γ Til ¹µ«Ð ß ß Õ ², ÎÉ Ø ¼Ü Å, ¹Ø ÑÇ ³ Åß². * ÇÅ ÆÄ ß ÐÙ 51175247 ÕÆ Ë : 2013 08 07, Õ» Ë : 2013 08 28 Í µ :,, 1988 Ð, ± Ð DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00475 ÍÈÍ Ü Û, Ü ¹Û ß Øº Õ. ½Ð «ÎÓ ²: ½ Ê ¼ ¹, Î ¹Ò Cr, Nb, Si, ß, ŽÒÎÖÛ, ± ¹Û ß ² [3 5],» ¼ß, ²¼ ¹ ß²Û ± ½Ê ĐÜÏ [6 8] Ð Ë [9] [10] Å ¹Ö [11] ß Ë ± ß. ¾µ, Úß Đ ¹ ½ Ë ³ ²Û ¹ ¹ Û Ø, Til ¹ Cr [12] Mo [13], ± ßÛ«ÄØÕ É. Ð ËÒÛ Cr ÏÖ Til ¹

Đ 11 Ý : γ Til «Cr W Ù Ý Å 1407 Ò, Cr ÜÄ Ti l Û, Ê ĐÛÕ É Û Ti l Cr Ö Ç, ½Ú ± ¹Ûµ«[14,15], W ½ Û ¹Ö², ²Á Ä ÏÛ Ä ß, Å Ti l Û ÂÍÖ, Ü ¹ ØÖ½ÒÛÖ, ÝØ ÏÛ «[16]. Å» ÚÅß Đ ¹ γ Til ¹ Cr W ¹, ¹ µ«³ (500 ) Û ß². 1 Ä 1.1 ÆÎÆ ¹Ø ¹ Û Cr W, Ö Cr 28W( Đ Æ, %). ± ¹Ø»«± Û Ü«ÛÛÀ γ Til ¹ Ö Ç, Ö Ti 46.5l 2.5V 1.0Cr( Đ Æ, %). 14 mm 14 mm 4 mm Û»ß. Û Û 10 kw ² ÚÅ Đ ¹ Ò¼Ü, Cr W, γ Til ±. ÚÅß Đ ¹ Û Â [17]. Þ, ¾ ÐÈ, SiC Ò ¾Í Ò Ë 10 min ¾ Ï. ¼Æ : r 35 Pa, 15 20 mm, 900 1000 V, (± ) 500 600 V, Ø 3 h,. 1.2» JSM 6360LV Ù Æ Đ (SEM/ EDX) à ¹ ÝÛ Û Ò ¹ ;» 401MV Ù µ«ò ¹ µ«;» WS 2006 ¹ Ô Ò Û³ Å (OM) Ã Ô Û ;» HT 500 Ù Û Ð Ò ¹ Û ß², Û Å Òº ¼Ü. Û Ò, «(20±4), ¹Ø 4.75 mm Û GCr15, 330 g, Ý 560 r/min, ÝÅ 2 mm, Ø 10 min. Û Ò, «500, ¹Ø Si 3 N 4, ¼Æ Û. Û Ò 0.1 mg Û Floo4 Ù Đ Ò 1, ÕÕ. 2 Ĺ²É ¾ 2.1 ± ÍÊÁ 1 γ Til ÚÅß Đ Cr W ¹ Û ± Û. Å ÀÈ, º ¹ ³ Å, ÅÉ Ð ÙÃß, Å ³, Û Ï, ² ÎÑÛ. ºÅ, ÅÉ ÙÃßÅ, ½Ò «3 µm ¾. EDS È, γ Til ¹ ÚÅß Đ Cr W,»Ë½ Cr W 2 Ó, Cr W ËÒ (ÐÒ Æ) 63.90% 32.76%. Î, ¹ Cr W Û Đ², Þ ÈÛ Cr W Đ Ø ÑÕ ¹È. Cr W ÛËÒ 96.66%, Cr W ¹ ½, XRD Û ( 2), ¹ Ç W, Cr, Cr2Ti, lti, l5w ß. 2.2 È γ Til ¹ ÚÅß Đ Cr W 1 Cr W Ú SEM ˺ Fig.1 SEM micrographs of surface (a) and cross section Intensity, a.u. (b) of Cr W alloying layer lti l5w W Cr Cr2Ti 0 20 40 60 80 100 2, deg 2 Cr W Ú XRD Fig.2 XRD pattern of Cr W alloying layer

1408 Æ Đ 49 Û µ«û Ò, Cr W ¹ Û µ«513.9 HV 0.1, (312.5 HV 0.1 ), ± 64.5%. Î ½ µ«û Cr Cr2Ti ß È È ³ Cr W ¹ Ò, ± Õ µ «. Ï Ûµ«648.8HV 0.1, Î Ï Ò Cr W Đ Ê Ø ÛÏ, ÑÂÍ ², Ø» Þ Ñɳ Á, ¹ Á Ð ¼ÜÕÉË, Ñ Ã ³ß ², ÂÍ É Ë Û³ Ô Ï ³ ÁÛµ«²±, Î ¹ß²Û±Ò ½ Û. 2.3 µ Å 3 Cr W ¼ß / ³ Û ³É Ô¹. Î 3a ß, Ñ 60 N ÛÊ ÁÒ ½È ÛØ, Å. Ð Ö 65 N Ø, ÇÈ ÚÛ ÛØ,» Šع Ö Ô̼ß, Ù. Î 3b ß, ÊÁÒÔÛ, Û ß Û, Å ßÆÙĐ, 65 N Í, ³ Ê. ¼Ì ½«É [13,18] Å, ³ «Til ¹ Cr Mo Æ Å, Î ¹ ÒÛ ÛÖ Ç«Ë¹ ß Ó ÛÞ, Intensity, a.u. (a) Õ Ö ÇÛ µ«¹ Ö ÇÛÊß; Ý,» EDS ȳÉÅ, Å ³, Û Õ ¹³, Á«ÖÕ Û³ ² [19]. 2.4 Å 1 γ Til Cr W ¹ Û Ò Đ Đ. Å ÀÈ, Cr W ¹ Û Đ ĐÛ 1/3, Đ Û 50% ¾. λ Ê Ë, ¹ Ò Û ÛµÐ ± Õ µ«, ÖÕ ÛÅ, ÐÕÇ Á«. 4 γ Til Cr W ¹ Û ÍÆ Ø Û ÖÃ. Î ß, Cr W ¹ ÍÆÄ 0.43 ¾, γ Til  0.55 0.80 Ú, 0.70. Û µ «Ð, Ø Ø ÛÃ, µ²æ, Û É Ö Ã, µ½ Û ß, à ÕÒ, ÙÛÊÁ ¼Ü, ÍÆ È Û. Cr W ¹ Đ º» Ò ÅÛ Cr W Â, «½ Ã, Û Ç, ÍÆ Ó, ¹, Cr W Û Û µð ÖÕ ÛÅ [20,21], ¼Ï Ä, ÍÆ Ð 0.43 ¾. 5 γ Til Cr W ¹ º 1 À Ü Ó Table 1 Wear weight loss (m), wear rate (r) and specific wear rate (r ) at room temperature Sample m, g r, g/m r, m 3 /(N m) γ Til matrix 0.0006 11.94 10 6 10.62 10 4 Cr W alloying layer 0.0002 3.98 10 6 6.02 10 4 0 20 40 60 80 100 Load, N 1.0 0.8 Friction coefficient 0.6 0.4 0.2 -Til matrix Cr-W alloying layer 0 2 4 6 8 10 Time, min 3 Cr W»Þ /ß² ÚÆ²È Ó Fig.3 Scratch tests result of the Cr W alloying layer (a) and the metallographic photo (b) 4 Ï γ Til ß³ Cr W Ú µì ÆÚ Õ Fig.4 Curves of friction coefficient vs time of γ Til matrix and Cr W alloying layer at room temperature

11 6 Ce y : γ Til ^+ Cr W Ch^+5u ( y$ ; 1409 Yx o 2 500 Table 2 Wear weight loss (m), wear rate (r) and specific wear rate (r ) at 500 Sample m, g r, g/m r, m3 /(N m) γ Til matrix 0.0032 63.69 10 6 5.35 10 4 0.0009 17.91 10 6 0.95 10 4 Cr W alloying layer 1.0 Friction coefficient 0.8 0.6 0.4 0.2 -Til matrix 0 2 4 Cr-W 6 alloying layer 8 10 Time, min C6 C 5 <F- W γ Til {'[ Cr W Di_,6v bv 7 W γ Til {'[ Cr W Di_,6v )T sæv qja 500 Fig.6 Curves of friction coefficient vs time of γ Til matrix and Cr W alloying layer at 500 Fig.5 SEM images of wear surface of γ Til matrix (a) and Cr W alloying layer (b) at room temperature X w G w T /. V 8 5a {, γ Til `w ` G q w D j, C 1! f [F, s ~ / 7w r wfw d, 3t γ Til `-!X, \ ph (! q. V8 5b {, Cr W ` -78 (d, > 3YC T \ m, Cr W `- 7 G: i 1 z w `- 7 R{Ol " 1 wo. V~/4 w O8s ~ d s, Cr W `-7 ) d7, 8 *) t; m q q, Vo w / 8 * ) w h 4 8 w, \ OG *)a. w, Vo7) wjd ;m> k\[k,, 3t q wma r m,?1 + Mn&, G * n ; r q wzn,, xti {&trq\t%7. "E (500 ) 7 <M 2 γ Til (\ Cr W Ej`-7G7GX w n \. V {, γ Til (w 63.69 10 g/m, Cr W Ej`-7w 17.91 10 g/m, (w 1/4, / (w 1/5 2, V~$ γ Til (G7G * n, row&æmf y, x nhhk. 8 6 7GX γ Til (\ Cr W E j `- 7 w * UÆ t w r K b. V 8 {, γ Til ( w *UÆY(H}GWman, Y:RI$?dh, 2.5 6 6 C7 500 - W γ Til {'[ Cr W Di_,6v b v 7 3 E 0.75. 7G * w t, ro w w F x }_ H 4+C, (G Z s7x m r &, ; m w Fig.7 SEM images of wear surface of γ Til matrix (a) and Cr W alloying layer (b) at 500

1410 Æ Đ 49 Ò ÖÇ ² ÛÅ ²ÆÝ, Ç Ñ Û ÖÇ, Ü ÍÆ. Cr W ¹ ½ Û µ«, Ç ÑÛ ÖDzÁ Ð Û «, Ö Û ÒÅ, ÍÆ Ð ( 0.50). 7 γ Til Cr W ¹ º Û Û Ì». Î ß, γ Til ¹ Û Ì, Ö Å, ²ÆÑ Û Ö ( 7a). Cr W ¹, Æ, «, Ç Ä ÏÛ ß² ( 7b). 3 ¹¾ (1) γ Til ¹ ÚÅß Đ Cr W, ¹ Û Ï,, ºÅ, ³ ËÅÉ ÙÃßÅ. (2) µ«û, Û µ«312.5 HV 0.1, Cr W ¹ Ûµ«513.9 HV 0.1, Ï 648.8 HV 0.1, ± Õ 2. ÔÛ, Cr W ¹ ²Áà 65 N ÛÏ, ¹ Û³ Ï. (3) Å Ò¾ º, Cr W Û GCr15, ÍÆ 0.43, Ð Û 0.70, Ñ Æ, «Ñ. ÕÕ Đ ²«. 500 Û Ò, Cr W ÍÆ 0.50 ¾, Ð Û 0.75, Ò Đ ½. ¼ À [1] Duan L H, Liu Y P, Peng J S, Guo C L, Pan J D. Surf Technol, 2007; 36(1): 5 ( Ù, ß ½, Ó, Æ,. «, 2007; 36(1): 5) [2] Hu K J. China Met ull, 2007; 16: 2 ( Æ. ÑÇ ¼, 2007; 16: 2) [3] Paul J D H, pple F, Wagner R. cta Mater, 1988; 46: 1075 [4] Liu Z C, Lin J P, Chen G L. Trans Met Heat Treat, 2001; 22(1): 7 (ß, Û ¼, Ç. ÈÊ, 2001; 22(1): 7) [5] ppel F, Wagner R. Mater Sci Eng, 1998; R22(5): 187 [6] Li X Y, Taniguchi S. Mater Sci Eng, 2005; 398: 268 [7] Mukherjee S, Maitz M F, Pham M T, Richter E, Prokert F, Moeller W. Surf Coat Technol, 2005; 196: 312 [8] Li X Y, Taniguchi S, Zhu Y C, Fujita K, Iwamoto N, Matsunaga Y, Nakagawa K. Intermetallics, 2001; 9: 443 [9] Gray S, Jacobs M H, Ponton C, Voice W, Evans H E. Mater Sci Eng, 2004; 384: 77 [10] Lee J K, Lee H N, Lee H K, Oh M H, Wee D M. Surf Coat Technol, 2002; 155: 59 [11] Wang D S, Tian Z J, Chen Z Y, Shen L D, Wu H Y, Zhang P Z, Liu Z D, Xu Z, Huang Y H. J Chin Soc Corros Prot, 2009; 29: 1 ( Ð,,,, Æ, ʾÁ, ß, Đ Ô, Ø Û. ÑÇ Ù, 2009; 29: 1) [12] Wu H Y, Zhang P Z, Ma S J, Xu Z. Lubr Eng, 2007; 32(6): 68 (Æ, ʾÁ,, Đ Ô. Ñ, 2007; 32(6): 68) [13] Liang W P, Xu Z, Miu Q, Liu X P, He Z Y. Rare Met Mater Eng, 2006; 35: 1827 ( Á½, Đ Ô, «, ßн,. ʼ À, 2006; 35: 1827) [14] Music D, Kreissig U. Phys Let, 2004; 326: 473 [15] Loria E. Intermetallics, 2000; 8: 1339 [16] Tedmon Jr C S. J Less Con Met, 1966; 10(5): 301 [17] Gao Y, Xu J Y, Gao Q, Cheng J, Xu Z. Hot Work Technol, 2006; 35(6): 56 (, Đ½,,, Đ Ô. È«, 2006; 35(6): 56) [18] Ma S J, Zhang P Z, Miu Q, Xu Z. Heat Treat, 2007; 22(5): 26 (, ʾÁ, «, Đ Ô. ÈÊ, 2007; 22(5): 26) [19] Liu X, Yu L G, Wang H M. Chin J Nonferrous Met, 2000; 10: 785 (ßÐ,, Ð. ÑǼ 2000; 10: 785) [20] Zheng C L, Xu Z, Xie X S, He Z Y, Dong J X, Zhang M C. Rare Met Mater Eng, 2003; 32: 32 ( ÍÛ, Đ Ô, ÔÉ,, Ö, Ê ¾. ʼ À, 2003; 32: 32) [21] Zheng C L, Xu Z, He Z Y, Xie X S, Cui F Z. Mater Rev, 2002; 16(11): 14 ( ÍÛ, Đ Ô,, ÔÉ, ³Ä. Ó, 2002; 16(11): 14) (Ð : )