TA15合金（Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V）是一種典型的航空航天結構材料，作為近α鈦合金，在飛機發(fā)動機的關鍵結構件和軸承部件制造中有廣泛應用。隨著對鈦合金部件需求趨向大型化、輕量化和復雜化，傳統(tǒng)制造方法受限，而電弧增材制造（WAAM）技術能滿足高性能、大型復雜部件的高效低成本生產需求。然而，TA15合金在實際應用中會遭受高溫和機械振動的磨損損傷，對材料的性能和壽命構成挑戰(zhàn)。
 

近日，北京科技大學、北京理工大學同核與輻射安全中心在工程技術領域頂刊Wear上發(fā)表了題為“Unveiling the temperature effect on reciprocating sliding wear mechanism of a TA15 alloy fabricated by wire-arc additive manufacturing”的研究成果。該研究研究了由電弧增材制造技術生產的TA15合金在高溫下受往復滑動磨損的機制，包括溫度對摩擦系數（COF）、磨損損失、氧化和微觀結構演變的影響。最后，根據實驗結果建立了不同溫度下的磨損壽命預測模型。
 

關鍵結論

（1）摩擦系數（COF）和磨損損耗的變化受溫度的影響很大。隨著溫度的升高，由于穩(wěn)定氧化層的形成速度加快，COF 很快進入穩(wěn)定期；平均 COF 先減小后增大。同時，磨損量在800°C以下先增加然后減少，但在1000°C時達到最大值。這是由于氧化磨損碎片的形成和清除與真正高溫下的相變之間存在競爭。

（2）Ft-D曲線隨時間的變化受溫度極大影響。在低溫時，Ft-D曲線隨時間從準平行四邊形變?yōu)榉忾]線。在中溫下，Ft-D曲線隨時間保持為準紡錘形。在高溫下，Ft-D曲線隨時間保持為準平行四邊形。隨著溫度的升高，Ft-D曲線趨于近似平行四邊形，由于氧化層的潤滑作用，接觸面更傾向于相對滑動。然而，當溫度升高到1000°C時，由于氧化層過度剝離，相對滑動減弱。

（3）氧化層中裂紋形態(tài)受溫度的影響很大。隨著溫度的升高，裂紋形態(tài)從隨機分布的孔隙變?yōu)榕c滑動方向平行的剝離裂紋，這是由于熱應力的增加和氧化層的脆性所致。

（4）磨損壽命模型受溫度影響很大。經典的氧化磨損模型適用于低溫。然而，在中高溫下由于氧化速率增加和氧化層形成與分層的動態(tài)變化，它不再適用。通過引入耗散能量和分層系數來修正中高溫下的磨損壽命模型，以準確預測磨損體積。

通訊作者
郭躍嶺，博士畢業(yè)于北京航空航天大學（德國馬克斯普朗克研究所聯(lián)合培養(yǎng)）。現任北京理工大學機械與車輛學院長聘副教授（特別研究員）、博士生導師、制造工程系副主任，從事金屬熔絲增材制造技術與智能裝備研究。曾獲杭州青山湖材料基因工程青年科學家獎、北京航空航天大學優(yōu)秀博士學位論文等獎勵，主持國家自然科學基金、國防基礎科研項目以及重點項目課題、軍科委JCJQ子課題等科研項目，以第一/通訊作者在Virtual and Physical Prototyping等國內外學術期刊發(fā)表學術論文40余篇，受邀在材料基因工程高層論壇、第六屆全國增材制造青年科學家論壇等會議擔任分會場主席/邀請報告十余次，擔任中國機械工程學會增材制造技術分會青年委員以及CJME: Additive Manufacturing Frontiers等期刊青年編委。

辛龍，北京科技大學國家材料服役安全科學中心副研究員。研究方向為工程結構材料的高溫蠕變，材料的表面納米化及表征，材料的腐蝕及流動加速腐蝕，工程結構材料的摩擦磨損及表面工程。

白歡歡，生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心核與輻射安全審評工作人員。

論文引用
Baoli Guo, Yueling Guo, Donghua Tian, Yongming Han, Xiaofeng Zhang, Huanhuan Bai, Long Xin.  Unveiling the temperature effect on reciprocating sliding wear mechanism of a TA15 alloy fabricated by wire-arc additive manufacturing:Wear562–563(2025) 205655

DOI:https://doi.org/10.1016/j.wear.2024.205655

(責任編輯：admin)

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