TC4钛合金微弧氧化/ZrO2、BN复合膜摩擦磨损性能研究

摘要

在Na2SiO3-Na2WO4-(NaPO3)6-NaF电解液体系中，采用直流脉冲方式对 TC4钛合金进行微弧氧化，制备出含有BN和ZrO2颗粒的微弧氧化陶瓷膜层。研究了电解液中BN和ZrO2的含量、电流密度以及氧化时间对膜层表面形貌、复合膜厚度、复合膜粗糙度的影响。对复合膜层的摩擦磨损性能进行研究，并提出耐磨减摩机制。对微弧氧化放电的机制进行研究，分析颗粒从电解液到达膜层表面的控制要素，对颗粒进入膜层过程进行分析。
　　研究结果表明：在8g/L Na2SiO3、6g/L(NaPO3)6、4g/L Na2WO4、0.5g/L NaF的电解液中分别添加BN、ZrO2微粒，电流密度为8A/dm2，频率500Hz，占空比为40％，制备出含有BN和ZrO2微粒的微弧氧化膜层。随着氧化时间的延长，膜层增厚，膜层生长速率减小，表面微孔数目减小，孔径增大，膜层表面粗糙度增加。氧化30min后的微弧氧化BN复合膜的摩擦系数和比磨损率分别为0.05左右、0.85×10-7mm3/N.m。氧化100min后的ZrO2复合膜的摩擦系数为0.125左右，比磨损率为1.5×10-7mm3/N.m。膜层中ZrO2微粒含量为23.59%时的ZrO2复合膜的摩擦系数在0.3左右，比磨损率为2.7×10-7mm3/N.m。
　　微弧氧化复合膜的相结构为锐钛矿、金红石相的TiO2、Al2TiO5相、Ti以及第二相粒子BN、ZrO2。微弧氧化膜中的P、Si、W、Ti等主要以非晶态形式存在。随着氧化时间增加，处理电压的增高，锐钛矿相 TiO2衍射峰不断减少，金红石相TiO2不断增加。微弧氧化复合膜层的摩擦磨损机理主要表现为粘着磨损、磨粒磨损。BN颗粒在微弧氧化陶瓷层中起到自润滑作用，ZrO2颗粒能够改善微弧氧化膜层的耐磨性能。
　　微弧氧化等离子体放电过程是:电解液和基体金属受到O的等离子体热力学激励发生电化学反应，由多孔结构的氧化层深入到基体金属，同时伴随着等离子体放电的衰减。这样在氧化膜与基体的边界形成外部类似凸透镜形状的半球体、而中心带有凹陷的放电通道，形成火山口。抛出的熔融金属与电极表面的电解液接触，产生热化学、电化学等复杂的反应，冷却后构成了膜层各组成物质。十二烷基苯磺酸钠能大量提高ZrO2在膜层中的的复合量。电迁移在颗粒沉积到微弧氧化膜层当中起着重要作用。

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目录

第1章 绪论

1.1钛合金材料简介与应用

1.2微弧氧化技术

1.3颗粒增强钛合金复合膜的研究进展

1.4本课题的研究意义

1.5本课题的研究内容

第2章 实验材料与方法

2.1实验材料

2.2工艺流程

2.3测试方法

第3章 BN、ZrO2—微弧氧化复合膜的组织、结构研究

3.1槽电压与时间的关系曲线

3.2氧化时间对陶瓷膜层的影响

3.3电流密度对陶瓷膜层的影响

3.4电解液中第二相粒子含量对陶瓷膜层表面形貌的影响

本章小结

第4章 BN、ZrO2—微弧氧化复合膜摩擦磨损性能

4.1氧化时间对微弧氧化陶瓷膜的相组成的影响

4.2微弧氧化复合膜成分

4.3摩擦磨损性能研究

4.4微粒复合量对微弧氧化陶瓷膜层的摩擦磨损性能的影响

4.5微弧氧化复合膜摩擦磨损机理

本章小结

第5章 微弧氧化复合膜生长机理的研究

5.1微弧氧化膜与微弧氧化BN复合膜截面分析

5.2微弧氧化ZrO2膜层截面线扫描

5.3微弧氧化等离子体过程

5.4微弧氧化复合膜成膜机理分析

本章小结

第6章 结 论

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢

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