超聲輔助對TC4合金微弧氧化涂層的制備與性能研究.pdf

1、鈦合金憑借其良好的耐蝕性能、較高的比強度和較小的密度，而被選用為油氣井材質(zhì)，尤其作為油套管使用時，對H2S、CO2、Cl-腐蝕具有很好的抵抗能力。然而，鈦合金表面承載能力低、耐磨能力差，影響其使用過程的安全性和耐久性。用各種表面工程技術(shù)改善鈦合金的耐磨性和耐蝕性是研究的重點，采用微弧氧化技術(shù)通過在鈦合金表面原位生長一層涂層以提高其耐磨性能得到了大量研究。但是，微弧氧化中后期涂層的生長質(zhì)量差等問題直接影響了該技術(shù)的實際應(yīng)用。針對上述問題，

2、本文提出在微弧氧化過程中引入超聲外場輔助的思路。然而，在微弧氧化電解液中陶瓷膜對反應(yīng)離子的吸附有選擇性，因此，本文主要研究了TC4鈦合金在NaAlO2、(NaPO3)6兩種不同的電解液體系中超聲波對微弧氧化過程中電壓-時間變化曲線、涂層厚度、表面形貌、相組成的影響，對比了有無超聲輔助微弧氧化制備的涂層耐蝕性和耐磨性的變化。主要研究結(jié)果如下：
　　（1）超聲引入以后，其空化效應(yīng)，使得放電擊穿變得容易，試樣表面放電通道增加，涂層表面呈

3、現(xiàn)出更多的微孔形貌特征。同時，超聲的聲流效應(yīng)強化了電解液的攪拌作用，提高了等離子化學(xué)氧化、熱化學(xué)氧化、電化學(xué)氧化等反應(yīng)的有效離子濃度，從而有效增加了涂層厚度，微弧氧化處理15 min時，在NaAlO2和(NaPO3)6體系下，厚度分別增加了34％和15%。
　?。?）不同電解液下，經(jīng)微弧氧化處理可制備不同相組成的涂層，隨著處理時間的延長，主要相的峰強度增加，且引入超聲輔助后，未改變涂層相組成種類。在 NaAlO2體系中，主要相為

4、Al2TiO5；在(NaPO3)6體系中，主要相是TiO2（金紅石相和銳鈦礦相），還有部分的AlPO4相。
　?。?）在飽和油田模擬液中，分別研究了兩種不同電解液體系中有無超聲輔助制備的微弧氧化涂層的耐腐蝕性能。結(jié)果表明，不同電解液體系中，超聲對涂層耐蝕性能的影響存在差異。在NaAlO2體系下，超聲引入時間較短時，對涂層的耐腐蝕性能的影響較??；處理時間較長時，自腐蝕電流提高了一個數(shù)量級，耐腐蝕性能得到明顯改善。在(NaPO3)6體

5、系中，超聲輔助對涂層耐蝕性的影響不明顯，各涂層的自腐蝕電流處于同一數(shù)量級。
　　（4）在10 N載荷和Si3N4陶瓷球配副下，分別研究了兩種電解液中處理15 min時微弧氧化涂層的耐磨性能。結(jié)果表明，超聲的引入一定程度上減弱了涂層的耐磨性能，但未改變涂層的磨損機制。在NaAlO2體系中制備的涂層，與Si3N4陶瓷球?qū)δr，涂層都被磨穿，超聲輔助制備的涂層失重較多，磨痕較寬。兩者的磨損機制以磨粒磨損為主，疲勞磨損為輔。在(NaPO3