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TC4钛合金微弧氧化膜层的摩擦性能研究
作 者: 宁铮
导 师: 赵晴
学 校: 南昌航空大学
专 业: 材料物理与化学
关键词: 钛合金 微弧氧化 微观形貌 摩擦系数 电偶腐蚀
分类号: TG174.451
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
本文通过在Na2SiO3-(NaPO3)6体系中分别添加Na2WO4、Na2MoO4、NaAlO2研究各组分对膜层的影响,确定微弧氧化溶液配方。采用选定的溶液配方对TC4进行微弧氧化,研究了脉冲参数(占空比、频率)、电流密度以及氧化时间对膜层厚度、微观形貌和组织结构的影响,并对微弧氧化膜的摩擦性能以及微弧氧化膜层对TC4/金属偶对电偶腐蚀的影响进行了研究。实验结果表明:在Na2SiO3-(NaPO3)6体系中,(NaPO3)6起到起弧的作用。溶液中分别添加Na2WO4、Na2MoO4均可以使膜层增厚,但当Na2WO4和Na2MoO4的浓度分别超过2.5g/L、3g/L,膜层厚度反而下降。NaAlO2的添加可明显使膜层增厚,其浓度为1.8 g/L时,膜层厚度可达35μm,但膜层表面粗糙不平。选取铝酸钠浓度为1.5g/L,硅酸钠浓度为6g/L,六偏磷酸钠浓度为5g/L,微弧氧化20min后膜厚约为20μm,且膜层表面均匀细致。在Na2SiO3-(NaPO3)6-NaAlO2溶液中生成的微弧氧化膜主要由O、P、Si、Ti、A1元素组成,溶液中的Al参与了成膜,膜层主要由Al2TiO5相以及TiO2(金红石)相组成。随占空比的增大、频率的减小、电流密度以及氧化时间的增加,膜层厚度以及空洞数量增加、微孔数目减小且孔径加大。膜层中Al2TiO5相的衍射峰强度随占空比、电流密度和氧化时间的增加逐步加强,且TiO2相的比例有所增加。频率的改变对Al2TiO5相/TiO2相的比例未有显著影响。Ti6Al4V合金粘着磨损严重,摩擦系数达到0.6,微弧氧化膜层的抗粘着作用使其跑和阶段摩擦系数降低,加入NaAlO2可提高膜层耐磨性能。电流密度为6A/dm2,氧化时间为30min时能获得的膜层摩擦系数约为0.35。当氧化时间为10min,膜层很薄不耐磨,氧化时间为50min或者电流密度高于8A/dm2会导致膜层粗糙,摩擦系数与基体的相当。45#钢与TC4基体耦合后,钢严重腐蚀,电偶腐蚀电流可达13.73μA;45#钢与微弧氧化后的TC4耦合后,并未见明显腐蚀迹象,电偶腐蚀电流仅为1.00μA。硬铝与TC4基体耦合后,铝发生腐蚀,电偶腐蚀电流为18.3μA,其与微弧氧化后的TC4耦合后,电偶腐蚀电流降至0.95μA,外观无明显腐蚀痕迹。紫铜与钛合金偶对后产生自钝化,腐蚀电流仅为0.1μA。当钛合金微弧氧化后,紫铜与其耦合后的电偶腐蚀电流接近0μA。
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全文目录
摘要 4-5 ABSTRACT 5-10 第1章 绪论 10-22 1.1 课题研究目的及意义 10-11 1.2 钛合金微弧氧化 11-14 1.2.1 钛合金微弧氧化技术的历史及国内外研究现状 12-13 1.2.2 钛合金微弧氧化膜的优异性能 13-14 1.3 微弧氧化过程的机理 14-20 1.3.1 微弧氧化的物理化学过程 14-17 1.3.2 微弧氧化的电击穿机理 17-20 1.4 影响微弧氧化陶瓷膜的因素 20-21 1.4.1 电解液体系 20 1.4.2 实验电参数 20-21 1.4.3 氧化时间 21 1.4.4 阴极材料 21 1.4.5 温度与搅拌 21 1.5 本课题的研究内容 21-22 第2章 钛合金微弧氧化膜层的制备 22-30 2.1 微弧氧化装置 22-23 2.2 微弧氧化膜的制备 23-25 2.2.1 实验材料 23 2.2.2 电解液的配制 23-24 2.2.3 膜层制备工艺流程 24 2.2.4 膜层的厚度测试 24-25 2.3 微弧氧化电解液的选择 25-29 2.3.1 Na_2Si0_3-(NaP0_3)_6溶液 25-27 2.3.2 Na_2Si0_3-(NaP0_3)_6- Na_2W0_4溶液 27-28 2.3.3 Na_2Si0_3-(NaP0_3)_6- Na_2Mo0_4溶液 28 2.3.4 Na_2Si0_3-(NaP0_3)_6- NaA10_2溶液 28-29 2.4 本章小结 29-30 第3章 钛合金微弧氧化陶瓷膜层的微观结构 30-48 3.1 Na_2Si0_3-(NaP0_3)_6-NaA10_2溶液中陶瓷膜层微观结构 30-34 3.1.1 膜层表面形貌及成分分析 30-32 3.1.2 微弧氧化膜XRD 相成分分析 32-34 3.2 氧化参数对膜层厚度以及微观结构影响 34-46 3.2.1 占空比对氧化膜层的影响 34-37 3.2.2 频率对氧化膜层的影响 37-40 3.2.3 阳极电流密度对陶瓷膜层的影响 40-43 3.2.4 氧化时间对陶瓷膜层的影响 43-46 3.3 本章小结 46-48 第4章 钛合金微弧氧化膜层摩擦性能研究 48-59 4.1 Ti6Al4V 的滑动摩擦性能 48-49 4.2 NaAl0_2浓度对膜层滑动摩擦性能的影响 49-52 4.3 电流密度对膜层滑动摩擦性能的影响 52-54 4.4 氧化时间对膜层滑动摩擦性能的影响 54-56 4.5 微弧氧化膜层的磨损性能 56-58 4.6 本章小结 58-59 第5章 微弧氧化膜层对钛合金电偶腐蚀的影响 59-67 5.1 45#钢与TC4 耦合 60-62 5.1.1 对偶后45#钢表面形貌 60 5.1.2 电偶电流的变化 60-62 5.2 硬铝与TC4 耦合 62-64 5.2.1 对偶后硬铝表面形貌 62-63 5.2.2 电偶电流的变化 63-64 5.3 紫铜与TC4 耦合 64-66 5.3.1 对偶后紫铜表面形貌 64-65 5.3.2 电偶电流的变化 65-66 5.4 本章小结 66-67 第6章 结论 67-68 参考文献 68-73 攻读硕士期间发表的论文 73-74 致谢 74
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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 腐蚀的控制与防护 > 金属表面防护技术 > 无机物复层保护 > 氧化法
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