鈦合金微弧氧化工藝參數(shù)及氧化膜摩擦磨損特性的研究.pdf

1、鈦合金以其特有的密度小、比強(qiáng)度高、耐蝕性優(yōu)良和生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，在眾多的工程實(shí)踐領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但隨著國(guó)防、船舶及航空航天事業(yè)的發(fā)展，對(duì)鈦合金表面性能要求不斷提高，而微弧氧化技術(shù)是提高鈦合金表面性能的有效方法。鈦合金經(jīng)過微弧氧化處理后，其表面生長(zhǎng)出致密的氧化膜，該氧化膜具有高硬度、與基體結(jié)合強(qiáng)度高、耐磨和耐蝕等特點(diǎn)，由此解決工程應(yīng)用中提出的諸多表面性能難題。
　　鈦合金微弧氧化膜由膜層表面到基體依次由疏松層、致密層和過渡層組

2、成，其中致密層是決定鈦合金微弧氧化膜性能的關(guān)鍵，但目前國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)鈦合金微弧氧化膜生長(zhǎng)機(jī)制的研究尚不夠全面，對(duì)生成優(yōu)質(zhì)氧化膜的試驗(yàn)研究還需深入研究，特別是工程應(yīng)用方面的工藝研究和推廣還不夠成熟。故本文對(duì)鈦合金微弧氧化膜制備工藝及其摩擦磨損性能進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，實(shí)現(xiàn)了大比例生長(zhǎng)致密層的優(yōu)化工藝，為實(shí)際應(yīng)用提供了有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)。
　　為此，本文采用非對(duì)稱雙極性交變脈沖電源，研究了不同電解液體系多因素交叉條件下，如何匹配工藝參數(shù)

3、和電參數(shù)，有效調(diào)節(jié)氧化膜生長(zhǎng)狀態(tài)和膜層中高品質(zhì)相的含量，深入地研究了工藝參數(shù)對(duì)氧化膜顯微結(jié)構(gòu)、相組成、摩擦磨損性能的影響，歸納優(yōu)化出了微弧氧化工藝控制數(shù)學(xué)模型。
　　首先，在弱堿性電解液中進(jìn)行大量微弧氧化試驗(yàn)，利用渦流測(cè)厚儀、X射線衍射儀、掃描電鏡等檢測(cè)儀器，對(duì)不同電解液體系、電解液參數(shù)、電參數(shù)、氧化時(shí)間等參數(shù)下制備的氧化膜的厚度、形貌、相比例進(jìn)行了研究，得出了工藝參數(shù)和電參數(shù)對(duì)氧化膜的影響規(guī)律；在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步采用正交試驗(yàn)方

4、法分別對(duì)電參數(shù)、工藝液參數(shù)及氧化時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，歸納出最佳工藝參數(shù)組合來(lái)提高氧化膜中致密層比例和有益相的含量。
　　然后，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論結(jié)合均勻設(shè)計(jì)法，建立了鈦合金微弧氧化工藝參數(shù)與氧化膜性能指標(biāo)之間的輸入輸出模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氧化膜厚度及各相比例可控制和可預(yù)測(cè)。
　　再后，對(duì)微弧氧化槽引入正交輔助磁場(chǎng)也進(jìn)行了初步探討，研究了輔助磁場(chǎng)對(duì)鈦合金微弧氧化過程的影響狀態(tài)。指出了輔助磁場(chǎng)的作用。
　　最后，對(duì)鈦合金微弧氧化膜的摩擦

5、磨損性能進(jìn)行了研究。通過對(duì)制備氧化膜的摩擦磨損試驗(yàn)，探討了工藝參數(shù)和電參數(shù)與氧化膜摩擦磨損性能的關(guān)系。同時(shí)對(duì)引入附加磁場(chǎng)制備的氧化膜與常規(guī)條件下制備的氧化膜進(jìn)行摩擦磨損對(duì)比試驗(yàn)，歸納了附加磁場(chǎng)對(duì)微弧氧化膜摩擦磨損性能的影響規(guī)律，分析了附加磁場(chǎng)對(duì)氧化膜摩擦磨損性能產(chǎn)生影響的原因。
　　結(jié)果表明：微弧氧化膜制備工藝直接影響氧化膜的性能，本論文通過對(duì)制備工藝的研究，實(shí)現(xiàn)了氧化膜生長(zhǎng)過程的預(yù)測(cè)、控制與優(yōu)化，大大改善了氧化膜的性能，使氧化膜