鈦合金微弧氧化陶瓷膜層的制備及高溫氧化行為.pdf

1、采用微弧氧化技術(shù)(MAO)在Ti-6Al-4V(TC4)合金表面原位生長陶瓷膜層。系統(tǒng)地研究了陶瓷膜的相組成、微觀結(jié)構(gòu)及膜層的抗高溫性能，優(yōu)化了抗高溫陶瓷膜的制備工藝。研究了TC4合金分別在1000oC、700oC和500oC下及在不同氣氛中的高溫氧化行為。利用X-射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜(EDS)、X射線熒光光譜儀(XRF)和透射電鏡(TEM)研究膜層相組成、形貌、膜層元素分布特點及合金表面狀態(tài)；利用高溫氧

2、化增重實驗來考察鈦合金微弧氧化陶瓷膜層在500oC下的抗高溫氧化性能。
　　研究表明TC4合金在鋁酸鹽體系中，在雙脈沖普通微弧氧化條件下，制備出以Al2TiO5為主晶相的陶瓷膜層。在雙脈沖雙極微弧氧化反應(yīng)條件下，雙極電流密度相差較大時，生成的氧化膜主要由Al2TiO5、α-Al2O3和金紅石TiO2組成，雙極電流密度相近時，氧化膜層晶相是Al2TiO5。隨雙極電流密度差值的增大，Al元素含量呈現(xiàn)出先增大后減小，Ti和V元素含量是先

3、減小后增大的趨勢，而P元素含量則不斷在增加。硅酸鹽體系雙脈沖時制備的膜層的主晶相為TiO2。隨反應(yīng)時間的延長，膜層表面顆粒的數(shù)量有所減少，但顆粒和膜層表面的孔洞變大，膜層中Si元素含量增加，Al、Ti和P元素含量逐漸變小，V元素含量是先增大后減小。
　　單脈沖條件下，隨電解液濃度增加，膜層表面孔徑呈先減小后增大的趨勢。隨電流密度的升高，膜層表面的微孔尺寸和粗糙度變大，而微孔數(shù)量減少。隨反應(yīng)時間的延長，膜層變得粗糙、微孔尺寸變大。當(dāng)

4、頻率升高時膜層粗糙度下降，制得的膜層表面光潔。電流密度減小，粗糙度下降。電解液濃度越大，膜層的硬度越小。在鋁酸鹽與次磷酸鹽體系中，當(dāng)兩種電解質(zhì)的濃度分別為4g/L和0.5g/L、頻率為2000Hz，電流密度為4A/dm2，占空比為10％時所形成陶瓷膜的主要成分是Al2TiO5，膜層致密。膜厚隨電流密度的提高或反應(yīng)時間的延長而增厚。在700oC下進(jìn)行高溫氧化測試，與TC4基體的相比，優(yōu)化后工藝的膜層試樣高溫氧化增重量僅為其1/11。

5、>　　硅酸鈉溶液封孔后的試樣孔隙小，抗高溫氧化效果好。通過在500oC下恒溫和循環(huán)氧化測試，與 TC4合金及未封孔的試樣相比，封孔后顯著地提高了試樣的抗高溫氧化性能。
　　雙脈沖條件下制備的膜層在空氣氣氛下分解較快，完全分解時生成α-Al2O3和金紅石二氧化鈦，重量比約為44:55。陶瓷膜層的試樣比基體的高溫氧化增重量小。在1000oC條件下氬氣中焙燒4h后，由原來較大的塊狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的棒狀，分布均勻、孔隙較小，裂紋也明顯減少。鈦