TC4钛合金微弧氧化复合陶瓷膜制备及性能研究

摘要

本文采用微弧氧化技术，通过向电解液中分别添加不同的陶瓷颗粒(SiC、SiO2)，在TC4钛合金表面制备复合陶瓷膜。由于单一组分陶瓷膜性能或多或少存在一些不足之处(如耐磨耐蚀性能较差)，本课题欲制备出含有多种组分的复合陶瓷层，并采用采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪(XRD)，MMA-1万能摩擦磨损试验机研究了不同的陶瓷颗粒对膜层微观组织结构、元素分布特征、相组成和耐磨性能的影响。
　　在硅酸钠、六偏磷酸钠、钨酸钠、氢氧化钾组成的基础电解液中进行微弧氧化处理。采用正交试验的方法，以膜层表面形貌质量和膜层厚度作为衡量指标，确定电解液中各个成分的含量。然后采用单因素试验的方法，在选定好电解液配方的条件下，研究微弧氧化电参数（正向电压、脉冲频率、占空比）和氧化时间对膜层的影响，并确定最佳工艺参数。本文实验条件下得最佳电解液配比为：硅酸钠6g/L，六偏磷酸钠5g/L，钨酸钠2.5g/L，氢氧化钾1.5g/L；最佳工艺参数为：正向电压450V，脉冲频率300HZ，占空比30％，氧化时间25min。
　　在基础电解液中分别添加不同量的SiC(3μm)和SiO2（3μm）粉末制备复合陶瓷膜，研究不同陶瓷颗粒对膜层的影响。结果表明：适当地添加陶瓷颗粒能够使微弧氧化膜层表面变得致密平整且厚度增加，添加9g/L SiC和6g/L SiO2做制备出膜层的厚度最大，分别达到20.7μm和21.8μm。通过截面线扫描结果可知SiC和SiO2颗粒能进入到陶瓷层中。通过XRD分析可知，这两种膜层中都含有α-Ti、金红石型TiO2和锐钛矿型TiO2相。添加有SiC颗粒的膜层中有部分α-SiC转变为β-SiC，SiO2颗粒进入到膜层中并不发生相变反应，仍以晶体SiO2的形式存在。经过摩擦磨损测试，SiC和SiO2颗粒能够明显提高膜层的耐磨性能，添加9g/L SiC和6g/L SiO2做制备出膜层的磨损量最少，耐磨性能最好，其耐磨性能比未添加陶瓷颗粒膜层分别提高了180%和133%。相对于未添加陶瓷颗粒的膜层，添加SiC和SiO2颗粒的膜层的腐蚀电位明显提高，分别由未添加的-0.77V升高到-0.56V和-0.5V，膜层的耐蚀性能增强。

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第1章 绪论

1.1钛及钛合金的特点和应用现状

1.2钛合金微弧氧化陶瓷膜的特点、研究现状及存在的问题

1.3添加剂对微弧氧化处理影响的研究现状

1.4微弧氧化陶瓷层的摩擦学性能

1.5本课题的研究目的及创新性

1.6本课题的研究内容及技术路线

第2章 实验设备及研究方法

2.1实验材料及装置

2.2微弧氧化复合陶瓷膜制备

2.3微弧氧化工艺研究

2.4 分析测试方法

第3章 微弧氧化工艺研究

3.1电解液配方的选择

3.2工艺参数的优化

3.3 本章小结

第4章 微弧氧化复合陶瓷膜制备

4.1 SiC/TiO2复合陶瓷膜的制备

4.2 SiO2/TiO2复合陶瓷膜的制备

4.3 SiC/TiO2与 SiO2/TiO2复合陶瓷膜元素分布

4.4 本章小结

第5章 微弧氧化复合陶瓷层性能测试

5.1不同SiC添加量对微弧氧化陶瓷层摩擦性能的影响

5.2不同SiC添加量对微弧氧化陶瓷层磨损性能的影响

5.3不同SiO2添加量对微弧氧化陶瓷层摩擦性能的影响

5.4不同SiO2添加量对微弧氧化陶瓷层磨损性能的影响

5.5耐蚀性能分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢