Tribological Properties of Ti-6Al-7Nb Alloy after Isothermal Oxidation

• Autorzy: Aniołek Krzysztof , Barylski Adrian , Osior Denis

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.5428

Warianty tytułu

PL

Właściwości tribologiczne stopu Ti-6Al-7Nb po utlenianiu izotermicznym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the characterization of tribological properties of the Ti-6Al-7Nb alloy before and after isothermal oxidation in different friction couples. Microscopic observations have shown that uniform oxide layers were obtained, which evenly covered the entire surface of the investigated samples. It was found that oxide layers deposited on the Ti-6Al-7Nb alloy substrate contribute to a considerable improvement of the tribological properties. The best resistance to sliding wear was shown by the layer obtained at a temperature of 600°C. It was also shown that presence of oxide layers on the surface of the Ti-6Al-7Nb alloy leads to an increase in the friction coefficient. The highest increase in the value of the friction coefficient was observed for a surface oxidized at 650°C during interaction with an Al2O3 ball. SEM observations of traces of the tribological interaction showed the presence of numerous scratches and fine wear products on the friction surface. For the non-oxidized condition, after interaction with a ball made of bearing steel 100Cr6, the presence was found of alternating, morphologically varied areas which had formed as a result of corrugation wear. Tests have shown that isothermal oxidation eliminates this disadvantageous phenomenon.

PL

W pracy przedstawiono charakterystykę właściwości tribologicznych stopu Ti-6Al-7Nb przed oraz po utlenianiu izotermicznym w różnych skojarzeniach ciernych. Obserwacje mikroskopowe wykazały, że otrzymano jednolite warstwy tlenkowe, które równomiernie pokrywały całą powierzchnię badanych próbek. Stwierdzono, że warstwy tlenkowe otrzymane na podłożu stopu Ti-6Al-7Nb prowadzą do znacznej poprawy właściwości tribologicznych. Najlepszą odpornością na zużycie ścierne cechowała się warstwa tlenkowa otrzymana w temperaturze 650°C. Wykazano ponadto, że obecność warstw tlenkowych na powierzchni stopu Ti-6Al-7Nb prowadzi do wzrostu współczynnika tarcia. Największy wzrost współczynnika tarcia zaobserwowano dla powierzchni utlenionej w temperaturze 650°C podczas współpracy z kulką Al2O3. Obserwacje SEM śladów współpracy tribologicznej wykazały na powierzchni tarcia obecność licznych rys oraz drobne produkty zużycia. Dla stanu nieutlenionego po współpracy z kulką ze stali łożyskowej 100Cr6 stwierdzono obecność naprzemianległych różnych morfologicznie obszarów powstałych w wyniku zużycia falistego. Wykazano, że utlenianie izotermiczne eliminuje to niekorzystne zjawisko.

Słowa kluczowe

EN

thermal oxidation; surface morphology; oxide layers; tribological properties

PL

utlenianie izotermiczne; morfologia powierzchni; warstwy tlenkowe; właściwości tribologiczne

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 3
• Strony: 5--12
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Aniołek Krzysztof

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

autor

Barylski Adrian

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

autor

Osior Denis

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

Bibliografia

• 1. Wang S., Liao Z., Liu Y., Liu W.: Influence of thermal oxidation duration on the microstructure and fretting wear behavior of Ti6Al4V alloy. Materials Chemistry and Physics 159 (2015), pp. 139–151.
• 2. Guleryuz H., Cimenoglu H.: Oxidation of Ti–6Al–4V alloy. Journal of Alloys and Compounds 472 (2009), pp. 241–246.
• 3. Li L., Yu K., Zhang K., Liu Y.: Study of Ti–6Al–4V alloy spectral emissivity characteristics during thermal oxidation process. International Journal of Heat and Mass Transfer 101 (2016), pp. 699–706.
• 4. Fellah M., Assala O., Labaïz M., Dekhil L., Iost A.: Friction and Wear Behavior of Ti-6Al-7Nb Biomaterial Alloy. Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology 4 (2013), pp. 374–384.
• 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), pp. 5784–5789.
• 6. Gilbert J. L., Buckley C. A., Lautenschlager E. P.: Titanium oxide film fracture and repassivation: The effect of potential, pH and aeration. In: Brown S.A., Lemons J.E., editors. Medical applications of titanium and its alloys: the material and biological issues, ASTM STP 1272. Philadelphia: ASTM; 1996, pp. 199–214.
• 7. Long M., Rack H. J.: Titanium alloys in total joint replacement a material science perspective, Biomaterials 19 (1998), pp. 1621–1639.
• 8. Li L., Yu K., Zhang K., Liu Y.: Study of Ti–6Al–4V alloy spectral emissivity characteristics during thermal oxidation process. International Journal of Heat and Mass Transfer 101 (2016), pp. 699–706.
• 9. Aniołek K., Kupka M., Łuczuk M., Barylski A.: Isothermal oxidation of Ti-6Al-7Nb alloy. Vacuum 114 (2015), pp. 114–118.
• 10. Kumar S., Narayanan T. S. N. S., Raman S. G. S., Seshadri S. K.: Thermal oxidation of Ti6Al4V alloy: microstructural and electrochemical characterization. Materials Chemistry and Physics 119 (2010), pp. 337–346.
• 11. 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), pp. 470–477.
• 12. Dearnley P. A., Dahm K. L., Çimenoglu H.: The corrosion–wear behaviour of thermally oxidised CP-Ti and Ti–6Al–4V. Wear 256 (2004), pp. 469–479.
• 13. Arslan E., Totik Y., Demirci E., Alsaran A.: Influence of Surface Roughness on Corrosion and Tribological Behavior of CP-Ti After Thermal Oxidation Treatment. Journal of Materials Engineering and Performance 19 (2010), pp. 428–433.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).