Characterization of Tribological Properties of Oxide Layers Obtained on Titanium in Different Friction Couples

The paper presents the characterization of tribological properties of titanium Grade 2 before and after isothermal oxidation in different friction couples. Examinations of the surface morphology after oxidation at a temperature of 600°C showed the presence of scratches on the surface, which indicated a low thickness of the oxide layers obtained. On the surface oxidized at 700°C, the morphology was characterized by the presence of small clusters of oxides which formed into shapes resembling flakes. In that case, no scratches were found, which testified to a higher thickness of the oxide layer. Tribological tests were conducted for different friction couples (Al2O3, ZrO2, and 100Cr6 balls). It was found that isothermal oxidation is an effective method to improve the resistance of titanium Grade 2 to sliding wear. Oxide layers obtained at temperatures of 600°C and 700°C allowed achieving a considerable reduction of volumetric wear. The best resistance to sliding wear was achieved during a tribological interaction of oxidized titanium Grade 2 with bearing steel 100Cr6. Examination of the morphology of the wear trace surface showed the presence of “corrugation wear” on the non-oxidized surface, regardless of the counter-specimen used. It was found that the presence of oxide layers on the surface of titanium Grade 2 effectively eliminated this adverse phenomenon.

W pracy przedstawiono charakterystykę właściwości tribologicznych tytanu Grade 2 przed i po utlenianiu izotermicznym w różnych skojarzeniach ciernych. Badania morfologii powierzchni po utlenianiu w temperaturze 600°C wykazały obecność rys na powierzchni, co świadczyło o niewielkiej grubości otrzymanych warstw tlenkowych. Na powierzchni utlenionej w temperaturze 700°C morfologia charakteryzowała się występowaniem drobnych skupisk tlenków uformowanych w kształty przypominające „płatki”. W tym przypadku nie stwierdzono obecności rys, co świadczyło o większej grubości warstwy tlenkowej. Badania tribologiczne realizowano w różnych skojarzeniach ciernych (kulki Al2O3, ZrO2 oraz 100Cr6). Stwierdzono, że utlenianie izotermiczne jest skuteczną metodą w zakresie poprawy odporności na zużycie ścierne tytanu Grade 2. Warstwy tlenkowe otrzymane w temperaturze 600 oraz 700°C pozwoliły uzyskać znaczą redukcję zużycia objętościowego. Najlepszą odporność na zużycie ścierne uzyskano podczas współpracy tribologicznej utlenionego tytanu Grade 2 ze stalą łożyskową 100Cr6. Badania morfologii powierzchni śladów zużycia wykazały na powierzchni nieutlenionej obecność tzw. zużycia falistego niezależnie od zastosowanej przeciwpróbki. Stwierdzono, że obecność warstw tlenkowych na powierzchni tytanu Grade 2 skutecznie eliminuje to niekorzystne zjawisko.