论文部分内容阅读
钛合金在实际应用中极易因磨损而失效,为使用安全留下隐患。微弧氧化技术能够在钛合金表面形成耐磨性好、硬度高的Ti02陶瓷膜,目前已成为改善钛合金表面耐磨性能的研究热点之一。微弧氧化工艺的影响因素较多,反应过程复杂,目前其反应机理尚未研究清楚。研究各工艺参数对成膜特性及陶瓷膜性能的影响,在实际应用及理论研究方面均有重要意义。本文实验均在恒流模式下进行。在Na2SiO3+Na2WO4电解液中对Ti6A14V合金进行微弧氧化处理,使用XRD.SEM.金相显微镜、球盘磨损仪等检测仪器,研究了电参数、氧化时间对陶瓷膜生长特性、显微结构、相组分、厚度及耐摩擦磨损性能的影响。之后在Na2SiO3+Na2WO4溶液基础上,分别加入Na3PO4.NaAlO2,配制两种混合电解液,研究了溶液体系对膜层性能的影响。研究结果表明：(1)在不同电流密度、脉冲频率及溶液体系下,电压变化曲线均可分为三个阶段,并分别对应微弧氧化反应的火花放电阶段、火花放电向微弧放电转变阶段及微弧放电阶段。(2)随电流密度及氧化时间的增加,膜层粗糙度增大。随脉冲频率的增加,膜层粗糙度降低。陶瓷膜主要由金红石相和锐钛矿相Ti02组成,最强衍射峰来自基底钛。随上述三种参数的增大,膜层厚度增加,膜层相组分变化规律相同：基底钛和锐钛矿相Ti02的衍射峰强度显著降低,金红石相Ti02衍射峰增强。电流密度较小时,成膜速率随电流密度的增大而增大,电流密度增加到一定值后,成膜速率明显减小。在微弧氧化初期(5-20min)随氧化时间的延长,陶瓷膜增长速率加快；在微弧氧化后期(20min以后)成膜速率降低。(3)在三种溶液体系中制备的陶瓷膜表面形貌相似。采用Na2SiO3+Na2WO4电解液时,制备的陶瓷膜表面微孔尺寸较大,表面堆积物较少,膜层主要由金红石相和锐钛矿相Ti02组成,最强衍射峰均为基体钛；加入Na3PO4及NaA1O2溶液后,微孔数量增多、尺寸增大,在微孔中存在小的微孔,表面堆积物增多,粗糙度增大,膜层厚度均有所增加,膜层中金红石相增加、锐钛矿相减少；加入NaAlO2后陶瓷膜中还存在尖晶石Al2TiO50(4)在恒流模式下,随着电流密度及氧化时间的增加,滑动摩擦的磨合期延长,摩擦系数波动较大。随脉冲频率的增加,陶瓷膜的磨合期缩短,在稳定阶段的摩擦系数降低,摩擦系数波动变小。当电流密度较小时,随电流密度的增大,稳定阶段的平均摩擦系数增加,磨损量有小幅增加；电流密度较大时,稳定阶段的平均摩擦系数有所降低,磨损量大幅增加。氧化时间由10min延长至20min时,磨损量增加近一倍,由20min延长至30min后,磨损量增加极小。频率对试样的磨损量几乎没有影响。(5)在Na2SiO3+Na2WO4溶液中分别加入Na3PO4和NaAlO2后,陶瓷膜滑动摩擦的磨合期均有所缩短,陶瓷膜磨损量增量相近。加入Na3PO4后,摩擦系数波动及稳定阶段系数均有所降低；加入NaAlO2后,摩擦系数波动较大,稳定阶段摩擦系数降低。