The influence of isothermal oxidation parameters on the tribological properties of titanium

• Autorzy: Aniołek K. , Barylski A. , Kupka M. , Dworak M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ parametrów utleniania izotermicznego na właściwości tribologiczne tytanu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of tests concerning the tribological properties of titanium Grade 2 subjected to thermal oxidation at a temperature of 600°C and 700°C for 72 hours. The morphology of the obtained oxide scale was determined using a scanning electron microscope. After oxidation at 600°C, the resultant oxides concentrated mostly on the roughness elevations formed during the grinding of samples. On raising the temperature to 700°C, finer and more agglomerated oxide particles were formed. Tribological tests have shown that titanium Grade 2 in a non-oxidised condition is characterised by very poor resistance to sliding wear. It has been found that the presence of an oxide layer on the surface of titanium significantly improves its poor tribological properties. Oxide layers obtained at temperatures of 600°C and 700°C allowed obtaining as much as a triple reduction of volumetric wear. Analysis of the morphology of the wear trace surface has shown the presence of corrugation wear on a non-oxidised specimen in the form of two alternate regions with different morphologies. It has been demonstrated that oxide layers obtained during thermal oxidation eliminate the phenomenon of corrugation wear.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące właściwości tribologicznych tytanu Grade 2 poddanego procesowi utleniania termicznego w temperaturze 600 i 700°C w czasie 72 h. Na skaningowym mikroskopie elektronowym określono morfologię otrzymanej zgorzeliny tlenkowej. Po utlenianiu w temperaturze 600°C powstałe tlenki koncentrowały się głównie na wzniesieniach nierówności powstałych w trakcie procesu szlifowania próbek. Podwyższenie temperatury do 700°C prowadziło do powstawania drobniejszych, skupionych cząstek tlenków. Badania tribologiczne wykazały, że tytan Grade 2 w stanie nieutlenionym charakteryzuje się bardzo słabą odpornością na zużycie ścierne. Stwierdzono, że obecność warstwy tlenkowej na powierzchni tytanu w sposób znaczący poprawia jego słabe właściwości tribologiczne. Warstwy tlenkowe otrzymane w temperaturze 600 i 700°C pozwoliły uzyskać redukcję zużycia objętościowego nawet 3-krotnie. Badania morfologii powierzchni śladów wytarcia wykazały występowanie zużycia falistego na próbce nieutlenionej w postaci dwóch naprzemianległych obszarów o różnej morfologii. Wykazano, że warstwy tlenkowe uzyskane w procesie utleniania termicznego skutecznie eliminują zjawisko zużycia falistego.

Słowa kluczowe

EN

titanium; thermal oxidation; oxide layers; tribological properties

PL

tytan; utlenianie termiczne; warstwy tlenkowe; właściwości tribologiczne

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 4
• Strony: 5--9
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., wz.

Twórcy

autor

Aniołek K.

• University of Silesia, Institute of Materials Science, ul. 75 Pułku Piechoty 1A, 41-500 Chorzów, Poland

autor

Barylski A.

• University of Silesia, Institute of Materials Science, ul. 75 Pułku Piechoty 1A, 41-500 Chorzów, Poland

autor

Kupka M.

• University of Silesia, Institute of Materials Science, ul. 75 Pułku Piechoty 1A, 41-500 Chorzów, Poland

autor

Dworak M.

• University of Silesia, Institute of Materials Science, ul. 75 Pułku Piechoty 1A, 41-500 Chorzów, Poland

Bibliografia

• 1. Kumar S., Sankara Narayanan T. S. N., Ganesh Sundara Raman S., Seshadri S.K.: Thermal oxidation of CP Ti – An electrochemical and structural characterization. Materials Characterization 61 (2010) 589–597.
• 2. Kumar S., Sankara Narayanan T. S. N., Ganesh Sundara Raman S., Seshadri S.K.: Thermal oxidation of Ti6Al4V alloy: Microstructural and electrochemical characterization. Materials Chemistry and Physics 119 (2010) 337–346.
• 3. Biswas A., Majumdar J. D.: Surface characterization and mechanical property evaluation of thermally oxidized Ti-6Al-4V. Materials Characterization 60 (2009) 513–518.
• 4. Siva Rama Krishna D., Brama Y.L., Sun Y.: Thick rutile layer on titanium for tribological applications. Tribology International 40 (2007) 329–334.
• 5. Ahn H., Lee D., Lee K.-M., Lee K., Baek D., Park S.-W.: Oxidation behavior and corrosion resistance of Ti–10Ta–10Nb alloy. Surface & Coatings Technology 202 (2008) 5784–5789.
• 6. Wang S., Liu Y., Zhang C., Liao Z., Liu W.: The improvement of wettability, biotribological behavior and corrosion resistance of titanium alloy pretreated by thermal oxidation. Tribology International 79 (2014) 174–182.
• 7. Guleryuz H., Cimenoglu H.: Oxidation of Ti–6Al–4V alloy. Journal of Alloys and Compounds 472 (2009) 241–246.
• 8. Guleryuz H., Cimenoglu H.: Surface modification of a Ti–6Al–4V alloy by thermal oxidation. Surface & Coatings Technology 192 (2005) 164–170.
• 9. Borgioli F., Galvanetto E., Iozzelli F., Pradelli G.: Improvement of wear resistance of Ti–6Al–4V alloy by means of thermal oxidation. Materials Letters 59 (2005) 2159–2162.
• 10. Wang S., Liao Z., Liu Y., Liu W.: Influence of thermal oxidation temperature on the microstructural and tribological behavior of Ti6Al4V alloy. Surface & Coatings Technology 240 (2014) 470–477.
• 11. Bailey R., Sun Y.: Unlubricated sliding friction and wear characteristics of thermally oxidized commercially pure titanium. Wear 308 (2013) 61–70.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).