TC4鈦合金微弧氧化-ZrO2、BN復(fù)合膜摩擦磨損性能研究.pdf

1、學(xué)校代碼：10406分類號：TG174.44學(xué)號：120080501001南昌航空大學(xué)南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)位研究生）TC4鈦合金微弧氧化鈦合金微弧氧化ZrO2、BN復(fù)合膜復(fù)合膜摩擦磨損摩擦磨損性能性能研究研究碩士研究生：王偉導(dǎo)師：趙晴教授申請學(xué)位級別：碩士學(xué)科、專業(yè)：材料物理與化學(xué)所在單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期：2015年5月授予學(xué)位單位：南昌航空大學(xué)I摘要在Na2SiO3Na2WO4(NaPO3)6NaF電解液體系中，采

2、用直流脈沖方式對TC4鈦合金進(jìn)行微弧氧化，制備出含有BN和ZrO2顆粒的微弧氧化陶瓷膜層。研究了電解液中BN和ZrO2的含量、電流密度以及氧化時間對膜層表面形貌、復(fù)合膜厚度、復(fù)合膜粗糙度的影響。對復(fù)合膜層的摩擦磨損性能進(jìn)行研究，并提出耐磨減摩機制。對微弧氧化放電的機制進(jìn)行研究，分析顆粒從電解液到達(dá)膜層表面的控制要素，對顆粒進(jìn)入膜層過程進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明：在8gLNa2SiO3、6gL(NaPO3)6、4gLNa2WO4、0.5gLN

3、aF的電解液中分別添加BN、ZrO2微粒，電流密度為8Adm2，頻率500Hz，占空比為40%，制備出含有BN和ZrO2微粒的微弧氧化膜層。隨著氧化時間的延長，膜層增厚，膜層生長速率減小，表面微孔數(shù)目減小，孔徑增大，膜層表面粗糙度增加。氧化30min后的微弧氧化BN復(fù)合膜的摩擦系數(shù)和比磨損率分別為0.05左右、0.85107mm3N.m。氧化100min后的ZrO2復(fù)合膜的摩擦系數(shù)為0.125左右，比磨損率為1.5107mm3N.m。膜

4、層中ZrO2微粒含量為23.59%時的ZrO2復(fù)合膜的摩擦系數(shù)在0.3左右，比磨損率為2.7107mm3N.m。微弧氧化復(fù)合膜的相結(jié)構(gòu)為銳鈦礦、金紅石相的TiO2、Al2TiO5相、Ti以及第二相粒子BN、ZrO2。微弧氧化膜中的P、Si、W、Ti等主要以非晶態(tài)形式存在。隨著氧化時間增加，處理電壓的增高，銳鈦礦相TiO2衍射峰不斷減少，金紅石相TiO2不斷增加。微弧氧化復(fù)合膜層的摩擦磨損機理主要表現(xiàn)為粘著磨損、磨粒磨損。BN顆粒在微弧氧

5、化陶瓷層中起到自潤滑作用，ZrO2顆粒能夠改善微弧氧化膜層的耐磨性能。微弧氧化等離子體放電過程是:電解液和基體金屬受到O的等離子體熱力學(xué)激勵發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，由多孔結(jié)構(gòu)的氧化層深入到基體金屬，同時伴隨著等離子體放電的衰減。這樣在氧化膜與基體的邊界形成外部類似凸透鏡形狀的半球體、而中心帶有凹陷的放電通道，形成火山口。拋出的熔融金屬與電極表面的電解液接觸，產(chǎn)生熱化學(xué)、電化學(xué)等復(fù)雜的反應(yīng)，冷卻后構(gòu)成了膜層各組成物質(zhì)。十二烷基苯磺酸鈉能大量提高Z