TC4鈦合金微弧氧化復(fù)合膜摩擦磨損性能研究.pdf

1、在Na2SiO3-(NaPO3)6-NaAlO2電解液體系中，利用直流脈沖方式對TC4鈦合金進(jìn)行微弧氧化，制備出含有Cr2O3和Al2O3復(fù)合粒子的微弧氧化復(fù)合膜。研究了電解液中復(fù)合粒子含量、電流密度、攪拌速率以及氧化時(shí)間對復(fù)合粒子在膜層中的質(zhì)量百分比（復(fù)合量）、膜層厚度以及微觀形貌的影響；對膜層摩擦磨損性能及其機(jī)理進(jìn)行了初步分析；探討了微弧氧化膜層的生長模型、復(fù)合粒子的沉積方式及其沉積機(jī)理。
　　研究結(jié)果表明：在Na2SiO3-

2、(NaPO3)6-NaAlO2體系中，電解液中Cr2O3復(fù)合粒子為1.5g/L，電流密度為8A/dm2，占空比為60％，頻率為500Hz，氧化時(shí)間為20min，攪拌速率為150rpm時(shí)，Cr2O3復(fù)合膜層厚度為19.1μm、復(fù)合量為28.19%；當(dāng)載荷為10N，Cr2O3復(fù)合膜層與45＃鋼的摩擦系數(shù)在0.1~0.3之間，對磨20min后磨損量僅為0.45mg。在相同工藝下，Al2O3復(fù)合膜層膜厚為14.8μm，復(fù)合量為12.372%，與

3、摩擦副對磨20min后磨損量為0.62mg，摩擦系數(shù)隨磨損的進(jìn)行不斷減小，最終保持在0.15左右。
　　微弧氧化膜主要由TiO2相、Al2TiO5相、含Si、P等的非晶相以及復(fù)合粒子相構(gòu)成。隨著電解液中Cr2O3和Al2O3復(fù)合粒子含量增加，膜厚逐漸增加，膜層中的復(fù)合量先增大后減小；電流密度對膜層厚度影響較大，隨著電流密度的增加，復(fù)合量逐漸增大，膜層迅速增厚；攪拌速率對膜厚、復(fù)合量及形貌影響較小，復(fù)合粒子所需的攪拌強(qiáng)度與粒子的密度

4、有關(guān)；隨氧化時(shí)間的延長，膜層厚度不斷增加，復(fù)合量逐漸增加至一穩(wěn)定值，Cr2O3復(fù)合膜的摩擦系數(shù)和磨損量隨氧化時(shí)間的增加都呈先減小后增大的變化。
　　與微弧氧化膜層和Ti6Al4V基體相比，在載荷為10N和50N的條件下，Cr2O3和Al2O3復(fù)合膜層的摩擦系數(shù)較小，耐磨性能更好。微弧氧化復(fù)合膜層的磨損機(jī)理主要為粘著磨損、磨粒磨損和第二相粒子流失。復(fù)合粒子提高膜層的耐磨性的主要原因是在膜層表面形成突起，優(yōu)先承受了摩擦副的載荷，對磨損

5、起阻礙作用以及顆粒對膜層的彌散強(qiáng)化作用。
　　微弧氧化膜層的生長模型是“成膜→熔化→凝固→再熔化…”的多次循環(huán)過程。Cr2O3微?？赡芤匀N方式進(jìn)入氧化膜：復(fù)合粒子在流體運(yùn)動、機(jī)械攪拌等作用下直接沉積在膜層表面；膜孔對具有一定幾何形狀的Cr2O3微粒進(jìn)行捕捉，通過機(jī)械嚙合等作用，將微粒嵌入在氧化膜層的孔隙中；Cr2O3粒子被以極快冷卻速率凝固的熔融物覆蓋在膜層中，部分Cr2O3顆粒被噴射出的熔融氧化物一起形成“巖漿”包裹在微弧氧化