Como melhorar o comportamento ao desgaste das ligas de titânio?

As ligas de titânio têm as vantagens de alta resistência específica, boa soldabilidade, excelente biocompatibilidade e resistência à corrosão, e agora se tornaram um excelente material estrutural para aplicações em ambientes aéreos, terrestres e marinhos. Embora as ligas de titânio sejam amplamente utilizadas em vários campos, sua baixa dureza, baixa resistência ao desgaste e alto coeficiente de atrito limitam bastante suas aplicações em tribologia.

Para melhorar as propriedades tribológicas das ligas de titânio e aumentar sua resistência ao desgaste, o tratamento de carburação sólida foi conduzido na liga TA1, liga TC4 e liga TC21. O processo de carburação para ligas de titânio é mostrado na Tabela 1. A espessura da camada carburizada e da camada TiC na liga TA1 aumenta com temperaturas de carburação mais altas e tempos de carburação mais longos. Para a liga TC4, a espessura da subcamada composta aumenta com temperaturas mais altas e tempos de carburação mais longos, mas a espessura total da camada cementada diminui à medida que a temperatura de carburação aumenta. Da mesma forma, a espessura da camada cementada na liga TC21 diminui com o aumento da temperatura de carburação. Em temperaturas de 1.000 graus a 1.100 graus, o crescimento da subcamada composta na liga TC4 é controlado pelo crescimento de compostos intermetálicos de Ti-Al e pelas reações químicas entre C e os intermetálicos de Ti-Al. A formação da subcamada composta possui um período de incubação; após este período, a subcamada composta segue uma lei de crescimento parabólico. A energia de ativação de difusão calculada é 192,597 kJ/mol.

Após o tratamento de cementação, a dureza superficial da liga TA1, liga TC4 e liga TC21 aumentou 350,99%, 163,67% e 175,39%, respectivamente, em comparação com as ligas originais. Testes de fricção e desgaste por deslizamento a seco foram realizados nas ligas carburadas e os resultados mostraram que, em comparação com as ligas originais, as taxas de desgaste da liga TA1 carburizada, da liga TC4 e da liga TC21 diminuíram em mais de 98,44%, 97,39% e 96,16%, respectivamente, e a resistência ao desgaste da liga TC4 melhorou à medida que a temperatura de cementação aumentou. Os parâmetros do teste de desgaste são mostrados na Tabela 2.