Ti6Al4V合金表面微弧氧化陶瓷膜的制備及摩擦磨損性能研究.pdf

1、鈦合金在實際應(yīng)用中極易因磨損而失效，為使用安全留下隱患。微弧氧化技術(shù)能夠在鈦合金表面形成耐磨性好、硬度高的TiO2陶瓷膜，目前已成為改善鈦合金表面耐磨性能的研究熱點之一。微弧氧化工藝的影響因素較多，反應(yīng)過程復(fù)雜，目前其反應(yīng)機理尚未研究清楚。研究各工藝參數(shù)對成膜特性及陶瓷膜性能的影響，在實際應(yīng)用及理論研究方面均有重要意義。
　　 本文實驗均在恒流模式下進(jìn)行。在。Na2SiO3+Na2WO4電解液中對Ti6Al4V合金進(jìn)行微弧氧化處

2、理，使用XRD、SEM、金相顯微鏡、球盤磨損儀等檢測儀器，研究了電參數(shù)、氧化時間對陶瓷膜生長特性、顯微結(jié)構(gòu)、相組分、厚度及耐摩擦磨損性能的影響。之后在Na2SiO3+Na2WO4溶液基礎(chǔ)上，分別加入Na3PO4、NaAlO2，配制兩種混合電解液，研究了溶液體系對膜層性能的影響。研究結(jié)果表明：
　　 (1)在不同電流密度、脈沖頻率及溶液體系下，電壓變化曲線均可分為三個階段，并分別對應(yīng)微弧氧化反應(yīng)的火花放電階段、火花放電向微弧放電轉(zhuǎn)

3、變階段及微弧放電階段。
　　 (2)隨電流密度及氧化時間的增加，膜層粗糙度增大。隨脈沖頻率的增加，膜層粗糙度降低。陶瓷膜主要由金紅石相和銳鈦礦相TiO2組成，最強衍射峰來自基底鈦。隨上述三種參數(shù)的增大，膜層厚度增加，膜層相組分變化規(guī)律相同：基底鈦和銳鈦礦相TiO2的衍射峰強度顯著降低，金紅石相TiO2衍射峰增強。電流密度較小時，成膜速率隨電流密度的增大而增大，電流密度增加到一定值后，成膜速率明顯減小。在微弧氧化初期(5-20 m

4、in)隨氧化時間的延長，陶瓷膜增長速率加快；在微弧氧化后期(20 min以后)成膜速率降低。
　　 (3)在三種溶液體系中制備的陶瓷膜表面形貌相似。采用Na2SiO3+Na2WO4電解液時，制備的陶瓷膜表面微孔尺寸較大，表面堆積物較少，膜層主要由金紅石相和銳鈦礦相TiO2組成，最強衍射峰均為基體鈦；加入Na3PO4及NaAlO2溶液后，微孔數(shù)量增多、尺寸增大，在微孔中存在小的微孔，表面堆積物增多，粗糙度增大，膜層厚度均有所增加，

5、膜層中金紅石相增加、銳鈦礦相減少；加入NaAlO2后陶瓷膜中還存在尖晶石Al2TiO5。
　　 (4)在恒流模式下，隨著電流密度及氧化時間的增加，滑動摩擦的磨合期延長，摩擦系數(shù)波動較大。隨脈沖頻率的增加，陶瓷膜的磨合期縮短，在穩(wěn)定階段的摩擦系數(shù)降低，摩擦系數(shù)波動變小。當(dāng)電流密度較小時，隨電流密度的增大，穩(wěn)定階段的平均摩擦系數(shù)增加，磨損量有小幅增加；電流密度較大時，穩(wěn)定階段的平均摩擦系數(shù)有所降低，磨損量大幅增加。氧化時間由10 m