航天钛合金紧固件的表面改性及其磨损机制研究

The rapid development of space science and technology has made a great challenge to the performance of the material. The wear failure of the titanium alloy fasteners in the space environment has restricted its performance and affected the safety of the space equipment. In this project, titanium alloy will be enhanced by a novel composite surface modification technology of "surface crystallization + ion nitriding + laser surface texturing". The forming mechanism of the surface modified layer will be studied. The effect of surface modification on microstructure and mechanical properties of titanium alloy will be analyzed. The tribological properties and wear failure mechanism of composite modified layer will be evaluated based on vacuum friction and wear testing machine as well as fretting wear testing machine. The wear life data of the modified layer will be treated by the method of mathematical statistics in order to establish the wear life model of titanium alloy in high vacuum environment. The research results can provide scientific guidance and technical support to the surface performance improvement and service life extension of titanium alloy fasteners on aerospace equipments.

航天科技的飞速发展对材料的性能提出了巨大的挑战。航天装备上的钛合金紧固件在空间环境中发生的磨损失效制约了其使用性能，并影响航天装备的服役安全。本项目提出以创新性的“表面纳米化+离子渗氮+激光表面图案化”复合表面改性技术对钛合金表面进行强化；挖掘表面复合改性层的成膜机理，研究复合表面改性处理对钛合金表面组织结构和力学性能的影响机制；基于真空摩擦磨损试验机和微动摩擦学实验平台分析复合改性层的真空摩擦学性能及磨损失效机制；通过数理统计方法对改性层的磨损寿命数据进行处理，建立钛合金在空间高真空环境中的磨损寿命演变模型。研究成果将为航天钛合金紧固件的表面性能提升和服役寿命延长提供有益的技术支持和理论支撑。

航天科技的飞速发展对材料的性能提出了巨大的挑战。航天装备上的钛合金紧固件在空间环境中发生的磨损失效制约了其使用性能，并影响航天装备的服役安全。本项目利用“表面纳米化+离子渗氮+激光表面图案化”复合表面改性技术对钛合金进行了表面强化；研究了表面复合改性层的成膜机理及其对钛合金表面组织结构和力学性能的影响机制；基于真空摩擦磨损试验机和微动摩擦学实验平台分析了复合改性层的真空摩擦学性能及磨损失效机制。结果表明：（1）利用复合表面改性技术在钛合金表面成功制备了具有表面织构的硬质氮化物陶瓷层，显微硬度得到显著提升；（2）复合表面改性处理后，钛合金的耐磨性能得到显著提升，磨损寿命大幅增加；（3）复合表面改性处理后，钛合金的在真空环境中的磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损，微动磨损机制为磨粒磨损及剥落。项目研究成果为航天钛合金紧固件的表面性能提升和服役寿命延长提供了有益的技术支持，丰富了摩擦学研究和相关理论。