钛和铝合金氧化膜的摩擦电化学行为实验研究

摘要

TC4合金具有优良的生物相容性、耐蚀性，常用作硬组织修复替代材料，是一种很有前途的生物医学金属材料，但其应用受磨损-腐蚀性差的制约。在生物医学领域中，表面改性可以改善钛植入体的耐磨性、抗蚀性和生物相容性。同样地，7A04合金具有比强度高，成形性好的特点，在现代工业中其用量仅次于钢铁，但其耐磨性、耐热性和耐蚀性较差，可通过表面改性显著改善其性能。微弧氧化技术是一种新兴的在轻合金表面原位生长氧化物陶瓷层的表面改性技术，具有广阔的应用前景。　　摩擦电化学是应用电化学理论和技术在水溶性介质、非水溶性以及非极性介质等润滑系统中研究摩擦系统中摩擦副表面发生的各种物理和化学的变化过程，通过研究电极表面摩擦状况的改变与电极电位的关系，进一步揭示外加电势对系统摩擦学性能的影响机理。　　针对TC4合金的阳极氧化膜及其微弧氧化膜，7A04合金的微弧氧化膜，测量了氧化膜的显微硬度，观测了表面SEM形貌、相成份XRD谱和EDAX谱，并进行了相应的膜层的特征分析。　　本文实验是在改进后的销-盘式摩擦磨损试验机上进行的。针对不同的摩擦配副，采用三电极体系研究了不同氧化处理的TC4试件在相同溶液中的摩擦电化学行为。研究表明，在试验介质NaCl和SBF溶液中，TC4的阳极氧化膜的耐蚀性较基体增强了，但耐磨性较差，而TC4的微弧氧化膜的耐磨性和耐腐蚀性能均有大幅度提高。　　针对SiC砂纸的摩擦配副，研究了不同氧化时间的7A04微弧氧化膜在酸、碱、盐溶液中的摩擦电化学行为。研究表明，在H2SO4，NaOH，NaCl溶液中，7A04的微弧氧化膜具有很高的耐磨性能，优良的减摩性能以及较强的耐腐蚀性能，尤以静态时的耐蚀性为优。　　通过本文的研究，为提高TC4和7A04合金的耐磨性、耐蚀性，以及为生物医学钛合金表面改性技术提供了实验数据，探索了既能提高材料的耐磨性又能提高其耐蚀性的可行性方法。

目录

钛和铝合金氧化膜的摩擦电化学行为

EXPERIMENTAL STUDY AND CHARACTERISTIC ANALYSIS ON TRIBO-ELECTROCHEMISTRY OF TITANIUM AND ALUMINIUM ALLOY’Ｓ OXIDATION FILM

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 课题背景及研究的意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.2.1 摩擦电化学方面的研究分析

1.2.2 阳极氧化与微弧氧化技术综述

1.2.3 钛合金方面的相关研究

1.2.4 铝合金方面的相关研究

1.3 本课题主要研究内容及拟解决的关键问题

第2章 实验系统与试件准备

2.1 摩擦磨损试验机的改进设计

2.1.1 改进后的实验机结构原理

2.1.2 摩擦磨损试验机的改进设计

2.2 实验系统

2.2.1 摩擦信号数据采集处理系统

2.2.2 摩擦信号采集的标定

2.2.3 三电极体系

2.2.4 三电极的恒电位电化学测试方法

2.2.5 极化曲线研究金属腐蚀行为的相关理论

2.3 氧化膜试件的准备

2.3.1 试件材料及成份

2.3.2 阳极氧化膜的制取

2.3.3 微弧氧化膜的制取

2.3.4 试件的表面SEM形貌

2.3.5 试件的相组成及主要元素成份

2.3.6 氧化膜的显微硬度

2.4 本章小结

第3章TC4氧化膜的摩擦电化学行为实验研究

3.1 实验条件

3.2 TC4阳极氧化膜/PTFE配副摩擦电化学行为实验研究

3.2.1 0.9% NaCl溶液中的摩擦电化学特性

3.2.2 SBF溶液中的摩擦电化学特性

3.3 TC4微弧氧化膜/PTFE配副的摩擦电化学行为实验研究

3.3.1 0.9%NaCl溶液中的摩擦电化学特性

3.3.2 SBF溶液中的摩擦电化学特性

3.4 与SiC砂纸配副的摩擦电化学行为实验研究

3.4.1 MAO膜在0.9%NaCl溶液中的摩擦电化学特性

3.4.2 MAO膜在SBF溶液中的摩擦电化学特性

3.4.3 AO膜在0.9%NaCl溶液中的摩擦电化学特性

3.4.4 AO膜和MAO膜耐蚀性的对比分析

3.4.5 静态开路电位比较

3.5 试件磨痕分析

3.5.1 试件/PTFE配副

3.5.2 试件/SiC砂纸配副

3.6 本章小结

第4章7A04微弧氧化膜的摩擦电化学行为实验研究

4.1 7A04微弧氧化膜的摩擦电化学行为实验研究

4.1.1 0.3mol/L H2SO4溶液中的摩擦电化学特性

4.1.2 3.5%NaOH溶液中的摩擦电化学特性

4.1.3 3.5%NaCl溶液中的摩擦电化学特性

4.1.4 相同电压下不同试件的摩擦特性对比

4.2 磨损表面对比分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致谢