工程科学学报，第39卷，第3期：426-431,2017年3月 Chinese Journal of Engineering,Vol.39,No.3:426-431,March 2017 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2017.03.015:http://journals.ustb.edu.cn MA一SPS制备超细晶Ti-8Mo一3Fe合金的摩擦磨损 性能 王 涛，路新四，徐伟，章林，曲选挥 北京科技大学新材料技术研究院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:luxin@usth.cu.cn 摘要以机械合金化+放电等离子烧结(MA-SPS)制备的超细晶Ti-8Mo-3Fe合金为研究对象，研究了合金在模拟体液 (SBF)中的摩擦磨损性能，并与放电等离子烧结制备的微米尺寸晶粒的T-8Mo-3Fe合金、铸造纯Ti及Ti6Al-4V(TC4)合 金进行了对比.结果表明：采用MA-SPS工艺可制备出高致密度、组织均匀的超细晶Ti-8Mo-3Fe合金，合金由B相及少量a 相组成，平均晶粒尺寸为1.5um,显微硬度为448HV:在相同摩擦磨损条件下，超细晶Ti-8Mo-3Fe合金的摩损程度明显低于 微米晶粒Ti8Mo-3Fe和铸态的纯Ti及TC4合金，具有最低的磨损体积和较稳定的摩擦系数.超细晶Ti8Mo-3Fe合金的磨 损机制为磨粒磨损，而微米晶粒T8Mo-3Fe和铸态纯及TC4合金的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损并存的混合磨损. 关键词钛合金：机械合金化：材料摩擦磨损：磨损机制 分类号TG146.2 Friction and wear properties of ultrafine grain Ti-8Mo-3Fe alloys fabricated by MA-SPS WANG Tao,LU Xin,XU Wei,ZHANG Lin,QU Xuan-hui Institute for Advanced Materials and Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:luxin@ustb.edu.cn ABSTRACT The friction and wear properties of ultrafine grain Ti-8Mo-3Fe alloy fabricated by mechanical alloying (MA)and sub- sequent spark plasma sintering (SPS)were investigated in SBF simulated body fluid.It was compared with those of as-SPSed micron size grain Ti-8Mo-3Fe alloy and as-casted Ti and TC4 alloy.The results show that ultrafine grain Ti-8Mo-3Fe alloy with high density and uniform microstructure can be fabricated by MA-SPS,and the alloy mainly consists of B-Ti phase and a small amount of a Ti phase.The average grain size is 1.5um,and the microhardness is 448 HV.In the same wear condition,the wear degree of ultrafine grain Ti-8Mo-3Fe alloy is significantly lower than those of micro-erystalline Ti-8Mo-3Fe,as-easted Ti,and TC4 alloy,so it has the lowest wear volume and stable friction coefficient.Ultrafine grain Ti-8Mo-3Fe alloy is mainly characterized by abrasive wear,but micro-crystalline Ti-8Mo-3Fe,as-casted Ti and TC4 alloy are characterized by abrasive and adhesion wear. KEY WORDS titanium alloys;mechanical alloying;friction and wear of materials:wear mechanisms 钛及其合金由于具有生物相容性好、耐腐蚀能力614V(TC4)合金，目前已占医用钛材料使用量的 强、力学性能优异等优点而被成功应用在生物医用植80%以上.但是，纯钛的耐磨性能较差，在体内易 入材料领域，其中最早得到临床应用的是纯Tⅰ和T一产生含Tⅰ的磨屑，从而引起炎症、骨吸收和疼痛等问 收稿日期：201605-14 基金项目：北京市自然科学基金资助项目(2163053)：新金属材料国家重点实验室开放基金资助项目(2012Z-10)工程科学学报，第 39 卷，第 3 期: 426--431，2017 年 3 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 39，No． 3: 426--431，March 2017 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2017． 03． 015; http: / /journals． ustb． edu． cn MA--SPS 制备 超 细 晶 Ti--8Mo--3Fe 合 金 的 摩 擦 磨 损 性能 王 涛，路 新，徐 伟，章 林，曲选辉 北京科技大学新材料技术研究院，北京 100083  通信作者，E-mail: luxin@ ustb． edu． cn 摘 要 以机械合金化 + 放电等离子烧结( MA--SPS) 制备的超细晶 Ti--8Mo--3Fe 合金为研究对象，研究了合金在模拟体液 ( SBF) 中的摩擦磨损性能，并与放电等离子烧结制备的微米尺寸晶粒的 Ti--8Mo--3Fe 合金、铸造纯 Ti 及 Ti--6Al--4V( TC4) 合 金进行了对比． 结果表明: 采用 MA--SPS 工艺可制备出高致密度、组织均匀的超细晶 Ti--8Mo--3Fe 合金，合金由 β 相及少量 α 相组成，平均晶粒尺寸为 1. 5 μm，显微硬度为 448 HV; 在相同摩擦磨损条件下，超细晶 Ti--8Mo--3Fe 合金的摩损程度明显低于 微米晶粒 Ti--8Mo--3Fe 和铸态的纯 Ti 及 TC4 合金，具有最低的磨损体积和较稳定的摩擦系数． 超细晶 Ti--8Mo--3Fe 合金的磨 损机制为磨粒磨损，而微米晶粒 Ti--8Mo--3Fe 和铸态纯 Ti 及 TC4 合金的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损并存的混合磨损． 关键词 钛合金; 机械合金化; 材料摩擦磨损; 磨损机制 分类号 TG146. 2 Friction and wear properties of ultrafine grain Ti--8Mo--3Fe alloys fabricated by MA--SPS WANG Tao，LU Xin ，XU Wei，ZHANG Lin，QU Xuan-hui Institute for Advanced Materials and Technology，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: luxin@ ustb． edu． cn ABSTＲACT The friction and wear properties of ultrafine grain Ti--8Mo--3Fe alloy fabricated by mechanical alloying ( MA) and sub￾sequent spark plasma sintering ( SPS) were investigated in SBF simulated body fluid． It was compared with those of as-SPSed micron size grain Ti--8Mo--3Fe alloy and as-casted Ti and TC4 alloy． The results show that ultrafine grain Ti--8Mo--3Fe alloy with high density and uniform microstructure can be fabricated by MA--SPS，and the alloy mainly consists of β-Ti phase and a small amount of α-Ti phase． The average grain size is 1. 5 μm，and the microhardness is 448 HV． In the same wear condition，the wear degree of ultrafine grain Ti--8Mo--3Fe alloy is significantly lower than those of micro-crystalline Ti--8Mo--3Fe，as-casted Ti，and TC4 alloy，so it has the lowest wear volume and stable friction coefficient． Ultrafine grain Ti--8Mo--3Fe alloy is mainly characterized by abrasive wear，but micro-crystalline Ti--8Mo--3Fe，as-casted Ti and TC4 alloy are characterized by abrasive and adhesion wear． KEY WOＲDS titanium alloys; mechanical alloying; friction and wear of materials; wear mechanisms 收稿日期: 2016--05--14 基金项目: 北京市自然科学基金资助项目( 2163053) ; 新金属材料国家重点实验室开放基金资助项目( 2012Z--10) 钛及其合金由于具有生物相容性好、耐腐蚀能力 强、力学性能优异等优点而被成功应用在生物医用植 入材料领域，其中最早得到临床应用的是纯 Ti 和 Ti-- 6Al--4V( TC4) 合 金，目前已占医用钛材料使用量的 80% 以上［1--4］． 但是，纯钛的耐磨性能较差，在体内易 产生含 Ti 的磨屑，从而引起炎症、骨吸收和疼痛等问