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《哈尔滨工业大学》 2006年
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钛合金微等离子体氧化陶瓷膜的结构与耐腐蚀机制研究

姚忠平  
【摘要】: 本文通过微等离子体氧化(MPO)方法在Ti-6Al-4V钛合金表面原位生长陶瓷膜,系统地研究陶瓷膜的相组成、微观结构及膜层耐腐蚀性能,并优化耐蚀性陶瓷膜层制备工艺;分析基体在MPO过程中的溶解现象和电解液中离子浓度变化特点,探讨电极表面陶瓷膜层生长规律和结构特点;研究膜层的等效电路、膜层结构与耐腐蚀性能的关系,并对优化工艺条件下制备的陶瓷膜层进行进一步的耐腐蚀性能测试和耐腐蚀机制研究。 利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)、能谱(EDS)和X射线荧光光谱仪(XRF)研究膜层的相组成、形貌和膜层内元素分布特点;利用加速的电化学方法初步评价膜层试样的耐腐蚀性能;通过电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)分析基体元素在电解质溶液中的溶解和电解液中主要元素的变化特点;利用电化学阻抗谱(EIS)技术研究膜层电化学阻抗特性;由酸溶液中失重实验、接触腐蚀实验、盐雾腐蚀实验和高温氧化实验来考察膜层试样的耐腐蚀性能。 研究表明Ti-6Al-4V钛合金在K_2ZrF_6电解液体系中MPO反应时形成含有m-ZrO_2、t-ZrO_2和磷酸锆盐相的陶瓷膜。膜层内钛元素很少,锆和磷元素很多。反应时间增加,磷酸锆盐成为膜内主晶相,膜层疏松、粗糙,截面裂纹较多。在NaAlO2溶液中微等离子体氧化钛合金,可以形成含有Al2TiO5、α-Al2O3和rutile TiO2相陶瓷膜层,其中Al2TiO5为主晶相。膜层具有双层结构:外层疏松,而内层致密、与基体结合很好。Ti元素在膜层的含量比基体低,并且外层含量比内层含量低。Al元素在膜层内含量远高于基体含量,并且在膜层中间部位含量最高。 电参数的改变实际上改变了正负相脉冲的作用强度和作用时间,从而改变了膜层的相组成和结构特点。正向脉冲作用增加,有助于膜层内α-Al_2O_3含量增多、膜层增厚,但是膜层由于生长过快而较粗糙、多孔。负相脉冲作用增加有助于膜层内rutile TiO_2含量增多,膜层厚度下降,更加致密,但是由于致密性的提高往往导致膜层表面的微裂纹增多。反应时间增加,膜层厚度增加,表面粗糙度不断提高,晶相物质含量不断增多。铝酸盐体系制备的膜层结构更致密,耐蚀性好于锆酸盐体系。 单脉冲MPO时,基体元素溶解的多少取决于电解质溶液中阴离子在电
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TB43

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前6条
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1 王鹏;具有多种输出方式的微弧氧化脉冲电源研制[D];兰州理工大学;2012年
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5 三峡;多色调的铝材也有柔情一面[N];中国有色金属报;2004年
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5 赖鸿群;高结合力陶瓷膜层的制备与连接工艺[D];哈尔滨工业大学;2011年
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8 张金彬;铝合金表面微等离子体氧化黑色陶瓷膜制备工艺及其成膜机理研究[D];重庆大学;2005年
9 杜广建;铝合金微弧氧化装饰/耐磨多功能涂层制备工艺研究[D];武汉理工大学;2006年
10 龚建飞;铸造Al-Si合金微等离子体氧化陶瓷膜的获得及其特性研究[D];武汉理工大学;2005年
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