Oxide layer and diffusion zone formation during oxidation of Ti6Al4V and TiZrNbHfTa and their influence on tribological properties

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Dickes, Daniel:
Oxide layer and diffusion zone formation during oxidation of Ti6Al4V and TiZrNbHfTa and their influence on tribological properties.
Bayreuth : EPub Bayreuth , 2024 . - IV, 112 S. - (Berichte aus der Materialwissenschaft )
( Dissertation, 2023 , Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften)
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00007407

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Abstract

In dieser Arbeit werden vier verschiedene Oxidationsprozesse zur Oberflächenmodifikation von Ti6Al4V und der äquimolaren Hochentropielegierung TiZrNbHfTa untersucht. Ziel ist es, harte, haftende Oxidschichten auf einer ausgeprägten Sauerstoffdiffusionszone mit graduellem Härteverlauf zu generieren. Dies soll sich positiv auf das tribologische Verhalten auswirken und Verschleiß minimieren. Zu den untersuchten Prozessen zählen: ein einstufiger Prozess bestehend aus Oxidation an Luft, ein zweistufiger Prozess bei dem auf die Oxidation an Luft eine Oxidreduktion unter Vakuum folgt, ein dreistufiger Prozess bei dem auf die Oxidreduktion eine erneute Oxidation an Luft erfolgt und eine Oxidation bei reduziertem Sauerstoffpartialdruck.

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This work investigates four different oxidation processes to modify the surface of Ti6Al4V and the equimolar high entropy alloy TiZrNbHfTa. The aim is to generate hard, adherent oxide layers with an underlying pronounced oxygen diffusion zone exhibiting a gradual hardness decrease. This can positively affect the tribological behavior of both alloy systems and, in particular, improve their wear resistance. The studied oxidation processes are: a single-step process consisting of oxidation in air, a two-step process in which oxidation in air is followed by an oxide reduction under vacuum, a three-step process in which the oxide reduction is followed by another oxidation step, and an oxidation process at reduced oxygen partial pressure.