鈦合金微弧氧化陶瓷膜層的制備與摩擦行為研究.pdf

1、為了在鈦合金表面獲得耐磨損性能良好的陶瓷膜，本文利用專用雙相脈沖電源，以Na2SiO3-Na3PO4為主電解液體系對(duì)鈦合金表面進(jìn)行微弧氧化處理，探索工藝參數(shù)對(duì)陶瓷膜的組成、結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律，通過(guò)工藝參數(shù)的優(yōu)化以及摻雜改性添加劑的選擇，系統(tǒng)地分析了各種因素對(duì)膜層結(jié)構(gòu)與摩擦磨損性能的影響規(guī)律，并分別探討了鈦合金基體和陶瓷膜的摩擦學(xué)行為。
　　利用 X-射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、電子能譜儀(EDS)、剪切法和抗

2、熱震法等測(cè)試手段，分析膜層的相組成，觀察陶瓷膜及磨痕形貌與元素分布，評(píng)價(jià)膜基結(jié)合強(qiáng)度；利用電渦流涂層測(cè)厚儀、數(shù)字顯微硬度計(jì)及表面粗糙度儀測(cè)試膜層厚度、表面硬度和粗糙度；通過(guò)球盤式摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)研究了陶瓷膜的滑動(dòng)干摩擦摩擦系數(shù)及質(zhì)量磨損率。
　　在Na2SiO3-Na3PO4主電解液體系下，鈦合金微弧氧化陶瓷膜層主要由銳鈦礦型TiO2和金紅石型TiO2組成，并有少量非晶態(tài)SiO2存在。提高頻率有利于TiO2從銳鈦礦型向金紅石型轉(zhuǎn)變，

3、增加Na3PO4濃度和正相電流密度有利于膜層結(jié)晶化程度。膜層中Si元素靠近溶液一側(cè)含量較多，Ti元素則越靠近基體含量越多，且在基體表層中有Si元素的滲入。隨著電源頻率增加，占空比減小，處理時(shí)間變短，膜層抗熱震性能增強(qiáng)，隨著正/負(fù)相電流密度增大，抗熱震性能先提升后降低。
　　添加劑的加入能夠改善膜層的耐磨損性能，減小摩擦系數(shù)或降低磨損率。本文嘗試了3組添加劑，添加劑A（二硫化鉬+OP乳化劑）制備的陶瓷膜的磨損主要形式為粘著磨損，伴有

4、極少的磨料磨損；添加劑B（甘油）制備的陶瓷膜也是如此，但磨料磨損貢獻(xiàn)要大一些；而添加劑C（鉬酸銨+硫化鈉）制備的陶瓷膜的磨損形式主要表現(xiàn)為磨料磨損，與Ti6Al4V基體的磨損機(jī)制相似。其中添加劑A制備的陶瓷膜層耐磨性能最好，與GCr15鋼球?qū)δサ幕瑒?dòng)干摩擦系數(shù)為0.14，質(zhì)量磨損率為9.55×10-5 mg/(N·m)，是基體的8.6％。添加劑A制備的耐磨性陶瓷膜層最佳工藝參為：Na2SiO3濃度40g/L、Na3PO4濃度12g/L、