电参数及纳米SiC颗粒对Ti6Al4V微弧氧化膜层的影响

摘要

钛及钛合金具有中温稳定性强，生物相容性好，比强度高等优点，在航空航天、航海、汽车和文体等领域中得到了非常广泛的应用，但钛合金耐磨性能较差，在实际应用中很容易由于表面失效而产生安全隐患，且随着应用领域的扩展，对于钛合金的耐蚀性也提出了更高的要求。目前，有很多种方法可以用来提高钛合金表面耐磨性和耐蚀性能，微弧氧化作为其中一种技术，具有膜基结合性好，表面硬度高等一系列优点，被广泛应用于钛合金表面改性。本课题利用脉冲电源，恒流模式下在NaSiO3电解液体系中对Ti6A14V进行微弧氧化处理，观察研究电流密度、占空比、氧化时间、纳米SiC添加剂对于微弧氧化过程以及氧化膜层性能的影响。
　　 (1)在恒流模式下微弧氧化电压的变化曲线分为3个阶段:第1阶段，微弧氧化开始的几分钟内，氧化电压迅速增大，氧化膜生长较快;第2阶段，氧化电压变化曲线斜率明显变小，氧化膜层的生长速度减小，氧化电压升高到一个相对稳定值;第3阶段，氧化电压基本保持不变。随着电流密度和占空比的增加，氧化电压相应提高。
　　 (2)随着电流密度的增加以及氧化时间的延长，微弧氧化膜厚度、表面粗糙度、微孔直径增加。Ti6A14V微弧氧化膜层主要由金红石TiO2和锐钛矿TiO2组成，随着电流密度增加以及氧化时间的延长，微弧氧化膜层中金红石所占比例增大。占空比对于氧化膜层的影响规律与电流密度一致，但影响较小。
　　 (3)随着电流密度的增加和氧化时间的延长，微弧氧化膜层的摩擦系数增加，磨损量先减后增。当电流密度较小和氧化时间较短时，随着电流密度升高和氧化时间的延长微弧氧化膜层耐蚀性提高，当电流密度较大以及氧化时间较长时微弧氧化膜层耐蚀性能基本不随电流密度和氧化时间而变化。占空比对于氧化膜层耐磨性和耐蚀性影响较小。
　　 (4)纳米SiC颗粒的加入使得微弧氧化电压相应提高，氧化膜层表面微孔减小，膜层厚度增加，氧化膜中增加了SiC相。微弧氧化膜表面摩擦系数增大，磨损量减小，自腐蚀电位正移，微弧氧化膜层耐磨性和耐蚀性提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 钛及钛合金

1．1．1 钛储量

1．1．2 钛合金的制取

1．1．3 钛及钛合金的性能

1．1．4 钛合金的应用

1．1．5 钛合金的表面处理方式

1．2 微弧氧化

1．2．1 微弧氧化发展历史

1．2．2 微弧氧化基本原理与过程

1．2．3 微弧氧化特点

1．2．4 钛合金微弧氧化的研究现状

1．2．5 钛合金微弧氧化所面临的问题

1．3 本课题研究内容和目的

第二章 实验设备与方案

2．1 实验材料与设备

2．1．1 实验材料与药品

2．1．2 实验设备

2．2 实验工艺与过程

2．2．1 试样的准备

2．2．2 微弧氧化

2．3 实验参数的选择

2．3．1 电流密度和占空比的选择

2．3．2 氧化时间的选择

2．3．3 电解液的选择

2．4 微弧氧化膜层组织结构及性能检测

2．4．1 表面形貌和截面分析

2．4．2 物相分析

2．4．3 摩擦磨损性能检测

2．4．4 腐蚀试验

第三章 恒流模式下各电参数对Ti6AL4V微弧氧化的影响

3．1 电参数对于微弧氧化电压的影响

3．1．1 电流密度对于微弧氧化电压的影响

3．1．2 占空比对于微弧氧化电压的影响

3．2 电流密度对于微弧氧化膜层的影响

3．2．1 电流密度对于微弧氧化膜层表面形貌的影响

3．2．2 电流密度对于微弧氧化膜层厚度的影响

3．2．3 电流密度对于微弧氧化膜层组成相的影响

3．3 占空比对于微弧氧化膜层的影响

3．3．1 占空比对于微弧氧化膜层表面形貌的影响

3．3．2 占空比对于微弧氧化膜层厚度的影响

3．3．3 占空比对于微弧氧化膜层组成相的影响

3．4 氧化时间对于微弧氧化膜层的影响

3．4．1 氧化时间对于微弧氧化膜层表面形貌的影响

3．4．2 氧化时间对于微弧氧化膜层厚度的影响

3．4．3 氧化时间对于微弧氧化膜层组成相的影响

3．5 本章小结

第四章 SiC添加剂对Ti6Al4V微弧氧化的影响

4．1 纳米SiC颗粒对于微弧氧化电压的影响

4．2 纳米SiC颗粒对于微弧氧化膜层表面形貌的影响

4．3 纳米SiC颗粒对于微弧氧化膜层厚度的影响

4．4 纳米SiC颗粒对于微弧氧化膜层组成相的影响

4．5 本章小结

第五章 Ti6Al4V微弧氧化膜层的耐蚀性能

5．1 微弧氧化对于Ti6Al4V耐蚀性能的影响

5．2 电流密度对于微弧氧化膜层耐蚀性能的影响

5．3 占空比对于微弧氧化膜层耐蚀性能的影响

5．4 氧化时间对于微弧氧化膜层耐蚀性能的影响

5．5 纳米SiC颗粒对于微弧氧化膜层耐蚀性能的影响

5．6 本章小结

第六章 Ti6Al4V微弧氧化膜层摩擦磨损性能

6．1 摩擦磨损机理与表征

6．1．1 摩擦磨损机理与类型

6．1．2 材料摩擦磨损的表征

6．1．3 材料摩擦系数和磨损量的测量

6．2 微弧氧化对于Ti6Al4V摩擦磨损性能的影响

6．2．1 Ti6Al4V基体摩擦磨损性能

6．2．2 电流密度对于Ti6Al4V微弧氧化膜层的耐磨性能的影响

6．2．3 占空比对于Ti6Al4V微弧氧化膜层耐磨性能的影响

6．2．4 氧化时间对于Ti6Al4V微弧氧化膜层耐磨性的影响

6．2．5 SiC添加剂对于Ti6Al4V微弧氧化膜层耐磨性能的影响

6．3 本章小结

第七章 总结

参考文献

致谢