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《南昌航空大学》 2010年
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TC4钛合金微弧氧化膜层的摩擦性能研究

宁铮  
【摘要】:本文通过在Na_2SiO_3-(NaPO_3)_6体系中分别添加Na_2WO_4、Na_2MoO_4、NaAlO_2研究各组分对膜层的影响,确定微弧氧化溶液配方。采用选定的溶液配方对TC4进行微弧氧化,研究了脉冲参数(占空比、频率)、电流密度以及氧化时间对膜层厚度、微观形貌和组织结构的影响,并对微弧氧化膜的摩擦性能以及微弧氧化膜层对TC4/金属偶对电偶腐蚀的影响进行了研究。 实验结果表明:在Na_2SiO_3-(NaPO_3)_6体系中,(NaPO_3)_6起到起弧的作用。溶液中分别添加Na_2WO_4、Na_2MoO_4均可以使膜层增厚,但当Na_2WO_4和Na_2MoO_4的浓度分别超过2.5g/L、3g/L,膜层厚度反而下降。NaAlO_2的添加可明显使膜层增厚,其浓度为1.8 g/L时,膜层厚度可达35μm,但膜层表面粗糙不平。选取铝酸钠浓度为1.5g/L,硅酸钠浓度为6g/L,六偏磷酸钠浓度为5g/L,微弧氧化20min后膜厚约为20μm,且膜层表面均匀细致。 在Na_2SiO_3-(NaPO_3)_6-NaAlO_2溶液中生成的微弧氧化膜主要由O、P、Si、Ti、A1元素组成,溶液中的Al参与了成膜,膜层主要由Al_2TiO_5相以及TiO_2(金红石)相组成。随占空比的增大、频率的减小、电流密度以及氧化时间的增加,膜层厚度以及空洞数量增加、微孔数目减小且孔径加大。膜层中Al_2TiO_5相的衍射峰强度随占空比、电流密度和氧化时间的增加逐步加强,且TiO_2相的比例有所增加。频率的改变对Al_2TiO_5相/TiO_2相的比例未有显著影响。 Ti6Al4V合金粘着磨损严重,摩擦系数达到0.6,微弧氧化膜层的抗粘着作用使其跑和阶段摩擦系数降低,加入NaAlO_2可提高膜层耐磨性能。电流密度为6A/dm~2,氧化时间为30min时能获得的膜层摩擦系数约为0.35。当氧化时间为10min,膜层很薄不耐磨,氧化时间为50min或者电流密度高于8A/dm~2会导致膜层粗糙,摩擦系数与基体的相当。 45#钢与TC4基体耦合后,钢严重腐蚀,电偶腐蚀电流可达13.73μA;45#钢与微弧氧化后的TC4耦合后,并未见明显腐蚀迹象,电偶腐蚀电流仅为1.00μA。硬铝与TC4基体耦合后,铝发生腐蚀,电偶腐蚀电流为18.3μA,其与微弧氧化后的TC4耦合后,电偶腐蚀电流降至0.95μA,外观无明显腐蚀痕迹。紫铜与钛合金偶对后产生自钝化,腐蚀电流仅为0.1μA。当钛合金微弧氧化后,紫铜与其耦合后的电偶腐蚀电流接近0μA。
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