TC4钛合金表面原位生长MoS_2/TiO_2微弧氧化膜层制备工艺研究

【摘要】：钛合金作为一种新型轻合金结构材料拥有卓越的综合性能。它的低密度、轻重量、高断裂韧性、高耐热性和高强度比使其在很多领域(生物医学,航空等)都有重要应用。但钛合金的表面粘性大,与其他金属一起使用时,会在接触面发生黏着而产生磨损,甚至造成腐蚀;且钛合金表面硬度不高,在摩擦时,会产生较大的磨损。故为了使钛合金应用得到进一步的发展且提高其使用安全性,对其进行表面处理是必要的。釆用微弧氧化技术在钛合金表面可生成高硬度的氧化物陶瓷膜层,从而极大地改善了钛合金的摩擦学性能。但是该膜层摩擦系数过高,损耗严重。本文以TC4钛合金为研究对象,采用微弧氧化技术在钛合金表面制备MoS_2/TiO_2复合膜层。研究电解液添加剂对MoS_2原位合成形态,膜层结构和磨损性能的影响。使用优化出的电参数和电解液配方,在微弧氧化过程中从溶液中合成MoS_2并制备出含有MoS_2的陶瓷层,对陶瓷层的显微硬度、成分组成、相组成、表面形貌、表面粗糙度以及摩擦磨损性能进行了测试分析,研究了不同复合膜结构的形成过程及其对磨损性能的影响。研究结果表明:在微弧氧化膜层中检测到了MoS_2,这证明通过化学合成的办法,MoS_2是可以原位合成在陶瓷层中的。通过改变电解液中添加剂浓度得出:Na_2S的含量在20g/L、Na_2MoO_4含量在3.5g/L左右时,复合膜层表面孔孔径较为微小,分布较为为均匀,膜层中MoS_2含量随着Na_2S含量上升而上升,但当Na_2S加入量过多,此时电解液中会有大量S的生成,该物质会在微弧氧化过程中附着于膜层表面释放大量热量,造成烧蚀,使得膜层表面出现火山状凸起,膜层摩擦系数大幅上升;而Na_2MoO_4含量则对膜层中MoS_2含量影响较小。相比于普通微弧氧化膜层、直接向电解液中添加MoS_2颗粒制备的陶瓷层,通过本文化学合成方法引入MoS_2制备的陶瓷层其膜层表面更为平整,粗糙度更小,摩擦系数也更加小这是由于直接添加MoS_2颗粒,会使得其在微弧氧化过程中发生团聚,在膜层中分布不均,而通过原位生长引入则由于是一边微弧氧化一边生成MoS_2,其不会聚集在一起并在膜层中均匀分布。在高温下,通过本文化学合成方法引入MoS_2制备的陶瓷层比起普通微弧氧化膜层、直接向电解液中添加MoS_2颗粒制备的陶瓷层,其摩擦性能也更加优越。