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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。

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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