TC4鈦合金低污染陽極氧化自潤滑減摩復合膜制備及其摩擦磨損性能研究.pdf

1、鈦合金具有密度小、比強度高、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)點，已成為廣泛應用于航空、航天、艦艇等國防以及民用機械工業(yè)部門的重要結構材料，其中以TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金用途最為廣泛，用量約占鈦合金總量的一半以上，但由于鈦合金硬度低，耐磨性能較差的局限制約了其在實際生產(chǎn)中的應用。因此，提高鈦合金摩擦磨損性能已成為鈦合金領域的研究熱點。
　　本文主要致力于通過陽極氧化-復合PTFE的方法在TC4鈦合金的表面制備具有耐摩擦磨損性能的自潤滑膜

2、的研究，首先對影響鈦合金陽極氧化膜表面形貌、膜厚的主要因素進行實驗研究分析，利用SEM、XRD等測試方法對陽極氧化膜及復合自潤滑膜的表面形貌、微觀相結構進行分析，并采用摩擦磨損試驗機測試其摩擦磨損性能。
　　(1)通過對硫酸體系中鈦合金的陽極氧化的研究，分析電解液濃度、NH4HF2添加劑濃度、氧化電壓、氧化溫度以及氧化時間對氧化膜膜孔、膜厚的影響，討論影響氧化膜耐磨性能的主要因素。實驗結果表明，電解液濃度與氧化電壓主要影響氧化膜表

3、面膜孔孔徑的大小，隨著電解液濃度、電壓的升高，孔徑增大，在電解液H2SO4濃度為0.3-1mol/L、電壓為60-130V范圍內(nèi)，膜孔孔徑約為100-500nm之間;陽極氧化溫度主要影響氧化膜表面膜孔均勻性，隨著溫度的降低，氧化膜膜孔均勻性提高;陽極氧化時間對氧化膜厚度有重要影響，在氧化時間為1h-3h范圍，氧化膜厚度約為4.4-11.9μm之間;對鈦合金陽極氧化膜進行化學腐蝕溶解擴孔處理后，孔徑可達200-1500nm之間。對TC4鈦

4、合金陽極氧化膜進行摩擦系數(shù)測定后發(fā)現(xiàn)，具有陽極氧化膜的鈦合金表面摩擦系數(shù)較鈦合金基體顯著下降，其降低程度與膜層厚度和膜孔均勻性有關，氧化膜膜層越厚，膜孔越均勻，摩擦系數(shù)越低，經(jīng)測試，陽極氧化前TC4鈦合金表面摩擦系數(shù)約為0.5，在電解液H2SO4濃度0.8mol/L、溫度-5℃、氧化電壓130V、陽極氧化時間3h條件下制備的鈦合金陽極氧化膜摩擦系數(shù)降至0.35;對此條件下的氧化膜進行800℃熱處理2h后，氧化膜相結構由銳鈦礦和金紅石型共

5、存TiO2幾乎全部轉化為金紅石型TiO2，同時摩擦系數(shù)也降至0.29。
　　(2)陽極氧化-PTFE自潤滑減摩復合膜制備及其摩擦磨損性能研究。實驗結果表明，對電解液(H2SO4)濃度0.8mol/L，溫度-5℃，氧化電壓130V，陽極氧化時間3h條件下制備的鈦合金陽極氧化膜進行PTFE涂覆，涂覆液PTFE含量為6.7％，涂覆時間為30min，烘干時間1h、溫度100℃，測得復合膜層摩擦系數(shù)顯著降低，約為0.2左右，隨著PTFE含量