Comment améliorer le comportement à l’usure des alliages de titane ?

Les alliages de titane présentent les avantages d'une résistance spécifique élevée, d'une bonne soudabilité, d'une excellente biocompatibilité et d'une résistance à la corrosion, et sont désormais devenus un excellent matériau structurel pour les applications dans les environnements aériens, terrestres et marins. Bien que les alliages de titane soient largement utilisés dans divers domaines, leur faible dureté, leur faible résistance à l’usure et leur coefficient de frottement élevé limitent considérablement leurs applications en tribologie.

Pour améliorer les propriétés tribologiques des alliages de titane et accroître leur résistance à l'usure, un traitement de carburation solide a été effectué sur l'alliage TA1, l'alliage TC4 et l'alliage TC21. Le processus de carburation des alliages de titane est présenté dans le tableau 1. L'épaisseur de la couche carburée et de la couche de TiC dans l'alliage TA1 augmente avec des températures de carburation plus élevées et des temps de carburation plus longs. Pour l'alliage TC4, l'épaisseur de la sous-couche composée augmente avec des températures plus élevées et des temps de carburation plus longs, mais l'épaisseur totale de la couche carburée diminue à mesure que la température de carburation augmente. De même, l'épaisseur de la couche carburée dans l'alliage TC21 diminue avec l'augmentation de la température de carburation. À des températures de 1 000 à 1 100 degrés, la croissance de la sous-couche composée dans l'alliage TC4 est contrôlée par la croissance des composés intermétalliques Ti-Al et les réactions chimiques entre C et les intermétalliques Ti-Al. La formation de la sous-couche composée a une période d'incubation ; après cette période, la sous-couche composée suit une loi de croissance parabolique. L'énergie d'activation de diffusion calculée est de 192,597 kJ/mol.

Après traitement de carburation, la dureté de surface de l'alliage TA1, de l'alliage TC4 et de l'alliage TC21 a augmenté respectivement de 350,99 %, 163,67 % et 175,39 % par rapport aux alliages d'origine. Des tests de frottement par glissement à sec et d'usure ont été effectués sur les alliages carburés, et les résultats ont montré que par rapport aux alliages d'origine, les taux d'usure de l'alliage TA1 cémenté, de l'alliage TC4 et de l'alliage TC21 ont diminué de plus de 98,44 %, 97,39 % et 96,16 %, respectivement, et la résistance à l'usure de l'alliage TC4 s'est améliorée à mesure que la température de carburation augmentait. Les paramètres du test d'usure sont présentés dans le tableau 2.