TC4钛合金微弧氧化膜层高温氧化性能研究

利用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金表面原位制备陶瓷膜层,并通过硅酸钠水溶液对膜层进行了封孔处理。采用X射线衍射仪(XRD)分析了膜层相组成,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了膜层表面形貌。通过粘结拉伸测试,比较了膜层在封孔前后与基体的结合强度。利用高温氧化实验,考察了TC4基体及膜层试样封孔前后的抗高温氧化性能。结果表明:微弧氧化膜层与基体间的结合强度较高,经封孔处理及高温氧化100 h后,膜基结合强度降低至4.29 MPa。与TC4基体相比,微弧氧化膜层的高温氧化增重量小,抗高温氧化性能得到了显著的提高。封孔处理提高了微弧氧化膜层的致密性,使其能更好地阻止氧透过膜层向基体内侵入,进一步提高了膜层的抗高温氧化性能。     

石墨含量对TC4钛合金微弧氧化膜的影响

在硅酸钠+磷酸钠体系溶液中添加不同含量的石墨粉,以其为氧化液对TC4钛合金进行表面微弧氧化。通过扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪及摩擦磨损试验机,研究了石墨含量对TC4钛合金微弧氧化膜表面形貌、元素分布、相组成及摩擦系数的影响。结果表明,石墨含量的增加对TC4钛合金表面微弧氧化膜的形貌无太大影响,氧化膜层呈多孔结构,膜层表面有块状石墨颗粒分布;膜层中的Ti、P、O元素含量相对稳定,Si、C元素含量略有波动;膜层主要由TiO2和Ti组成,石墨对膜层中TiO2的形成有一定的阻碍作用;微弧氧化膜中的石墨颗粒能够起到一定的减摩作用,随着石墨含量的增加氧化膜的平均摩擦系数从0.85降至0.54。     

微弧氧化对TC4钛合金高温抗氧化性能的影响

采用直流稳压电源,在Na2SiO3、Na3PO4电解液中对TC4钛合金表面进行微弧氧化处理,研究了微弧氧化对TC4钛合金高温抗氧化性能的影响.结果表明,经微弧氧化的TC4合金高温抗氧化性能明显优于TC4钛合金;在750℃循环氧化100h后,经300V电压微弧氧化60 min的TC4钛合金的氧化增重为7.8 mg/cm2,而未经微弧氧化处理的TC4钛合金氧化增重为30.51 mg/cm2;随着微弧氧化时间增长和电压的增大,微弧氧化TC4钛合金的高温抗氧化性能也增强.     

电压对TC4钛合金表面微弧氧化膜层红外发射率的影响

在硅酸盐、磷酸盐及高锰酸钾的混合电解液中研究了不同电压对TC4钛合金微弧氧化膜层性能的影响,通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）分析了膜层的微观形貌、相组成及化学成分,用傅里叶变换红外光谱仪测试了样品的红外发射率。结果表明,随着电压的升高,膜层的厚度、粗糙度及红外发射率持续增加,膜层中Ti O2与Ti的特征峰逐渐减弱,非晶相成为主要的组成部分。结合XRD与XPS分析结果可推断膜层中主要元素Si、P、Mn均以非晶态存在。当电压为540 V时膜层发射率有较大幅度的增加并达到最大,在8-20μm的波段范围内平均发射率可达0.84。     

热输入对TC4钛合金微弧氧化膜层性能的影响

目的 研究热输入对TC4钛合金微弧氧化膜层性能的影响,控制微弧氧化过程中的能量消耗。方法 在TC4钛合金表面制备微弧氧化膜层时,通过改变热输入来形成不同的热效应,采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪分析在不同热输入下所制备膜层的表面形貌、截面形貌、元素分布和相组成,测试热输入对TC4钛合金微弧氧化膜层耐磨性和耐蚀性的影响。结果 热输入影响了膜层生成过程中的离子传输,提高了膜层中Ti原子与O原子的比值,有利于TiO₂膜层的生成,但过高的热输入会使参与反应的Ti、O原子减少,从而降低膜层的生长速率。膜层的厚度随着热输入的增大先由18.53μm增加至21.56μm,随后减小至17.67μm,膜层主要相的组成为Rutile、Anatase及少量SiO₂。通过改变热输入提高了膜层的耐腐蚀性能,其腐蚀速率从4.516×10^–3 mm/a逐渐减小至3.109×10^–4 mm/a。膜层表面的耐磨性能随着热输入的增大呈先增加后降低的趋势。结论 当热输入为140 W时,膜层的厚度最高,耐磨性能最佳,同时具备良好的耐腐蚀性...     

电解液钙磷含量对医用TC4钛合金微弧氧化膜的影响

研究钙磷原子比不同时,电解液中乙酸钙和多聚磷酸钠的浓度对TC4钛合金微弧氧化陶瓷膜形貌、钙磷原子比及相结构的影响。结果表明:在电解液中Ca、P原子比为1.3~1.8、乙酸钙浓度为20~40 g/L时,可以在钛合金表面制备多微孔结构的陶瓷膜;其表面含有一定比例的钙、磷元素,并可以通过改变电解液的钙磷原子比和乙酸钙与多聚磷酸钠的同比浓度来调整陶瓷膜钙、磷的含量和比例;陶瓷膜主要是由锐钛矿型和金红石型二氧化钛构成,当电解液乙酸钙和多聚磷酸钠的浓度提高时,金红石型二氧化钛比例提高。     

TC4钛合金微弧氧化膜形成过程中熔池的温度探测

目的制取微弧氧化复合膜,探讨TC4钛合金微弧氧化膜层的形成温度。方法采用在微弧氧化电解液中分别加入第二相颗粒(α-Al_2O_3、ZrO_2、W)的方法,制得相应的TC4钛合金微弧氧化复合膜,利用第二相颗粒是否发生溶解相变来探测膜层形成的最高温度。结果在微弧氧化复合膜中均发现了第二相颗粒,α-Al_2O_3、ZrO_2和W粉颗粒均发生了溶解,小尺寸的第二相颗粒在膜层中全部溶解,大尺寸颗粒由于动力学的原因,熔池作用的时间很短,颗粒来不及全部溶解,仅发生了表壳和棱角的溶解,导致大颗粒的尺寸变小,轮廓变得更加圆润。在中粒径为50 nm的W粉制作的复合膜层中,并未发现W粉颗粒的存在,但是W元素均存在于膜层中。这是因为W粉颗粒太小(仅50 nm),颗粒在膜层中全部溶解。在中粒径为1μm的W粉颗粒制作的复合膜中,发现了W粉颗粒,颗粒轮廓圆润,尺寸小于1μm。这是颗粒部分溶解的缘故(仅表壳和轮廓发生了溶解)。在复合膜中,不含有第二相颗粒的区域均能相应地检测到Al、Zr、W元素的存在。结论根据SEM和EDS检测结果可以得知,微弧氧化膜层形成的过程中,熔池形成的最高温度超过了W的熔点3410℃。     

TC4钛合金微弧氧化膜层动态热力学性能研究

在锆盐电解液体系中制备出厚度为20μm的微弧氧化膜层,通过动态热机械分析仪研究了TC4钛合金表面的微弧氧化膜层与基体结构的热-机耦合载荷失效行为。结果表明:温度对TC4钛合金微弧氧化膜层服役失效有重要影响。当升温到300℃时,膜层与基体开始出现热膨胀系数不稳定而产生热错配残余应力;当温度到达500℃时,膜层内部出现明显的裂纹,且膜层也在一定程度上与基体发生剥落行为。     

微弧氧化对TC4钛合金微动磨损行为的影响

采用微弧氧化技术,在TC4钛合金表面制备高硬度氧化陶瓷层(MAO),对比研究了TC4钛合金基体与微弧氧化陶瓷层在2种不同位移幅值下的微动磨损行为。结果表明:位移幅值由80μm增大到150μm时,TC4钛合金基体微动损伤机制由粘着磨损和磨粒磨损转变为疲劳磨损和氧化磨损,而微弧氧化陶瓷层的损伤机制始终以氧化磨损为主;位移幅值为80μm时,TC4钛合金基体与微弧氧化陶瓷层磨损量均较小,而摩擦系数大且波动大;位移幅值为150μm时,两者磨损量出现不同程度的增大,而摩擦系数略有下降且趋于平稳;与TC4钛合金基体相比,微弧氧化陶瓷层的平均摩擦系数小,磨损轮廓浅,且磨损量仅为钛合金基体的70%。微弧氧化陶瓷涂层能够保护钛合金基体表面,有效改善TC4钛合金耐磨性。     

TC4钛合金微弧氧化电解液研究

利用微弧氧化技术可在钛合金表面制备出具有高硬度、耐磨和耐腐蚀等优异性能的氧化物涂层.影响钛合金微弧氧化过程和氧化层结构及性能的因素有很多,其中电解液的组成属于关键因素之一.目前,适用于TC4钛合金的电解液主要为碱性溶液,如硅酸钠溶液体系、偏铝酸钠溶液体系、磷酸钠溶液体系及其混合溶液体系.     

微弧氧化处理TC4表面微动磨损性能研究

利用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备高硬度陶瓷涂层,研究其表面抗微动磨损性能。结果显示陶瓷涂层主晶相为Al2TiO5相,硬度不均匀,由结合层向表面呈现先增高后降低的趋势,最高硬度达1150 HV0.05,远高于钛合金基体的硬度。微动磨损试验结果表明,陶瓷层的致密层起到主要防护作用。磨损初期阶段,疏松层脱落、细化、堆积同时伴随摩擦副较为严重的磨损;稳定阶段为滑动磨损,致密层磨损轻微,摩擦副磨损严重,钛合金磨屑由摩擦副向致密层转移。     

显色剂对6061铝合金黑色微弧氧化膜层性能的影响

目的 研究K₂Cr₂O₇和NH₄VO₃作为显色剂,对铝合金黑色微弧氧化膜层性能(包括硬度、吸光效果、耐磨性和耐冲击性能等)的影响。方法 设置3组对照试验,包括采用基础电解液制备出的灰白色膜层,以及在基础电解液中分别添加显色剂NH₄VO₃和K₂Cr₂O₇制备得到的2类黑色膜层。通过维氏硬度计、球盘摩擦磨损与落锤冲击测试分别评价膜层的硬度、耐磨性能和耐冲击性能,采用扫描电子显微镜观察膜层的表面和截面形貌,采用紫外-可见光分光光度计测量膜层的吸收率,采用X射线衍射仪分析膜层的物相组成。结果 发现3类膜层均可分为内层和外层,且内层多孔,导致其成为疏松层,区别在于含Cr的膜层内层中孔洞较少,而含V的膜层中的孔洞较多。采用K₂Cr₂O₇作为显色剂能制备出吸光效果与NH₄VO₃     

电压和时间对铝铜铸造合金微弧氧化膜层的影响

在硅酸盐体系中,分别在不同的电压(450、500和550 V)下对4组试样进行不同时间(20、40、60和80 min)的微弧氧化实验,并结合试样生成膜层的厚度、硬度、耐蚀性能及SEM分析,探索不同电压和时间对Al-Cu系铸造合金表面微弧氧化陶瓷膜层的影响。结果表明,在550 V电压下,微弧氧化60 min时,材料表面获得最佳的微弧氧化膜层。     

基于扫描式阴极的TC4合金微弧氧化行为研究

目的以磷酸盐为氧化槽液体系,在TC4合金大尺寸平板件表面获得均匀连续、无印痕的微弧氧化膜层。方法设计封闭和半封闭式扫描阴极开展氧化试验,研究不同的封闭方式对钛合金微弧氧化膜层的影响,以确定阴极的封闭形式。对试件进行微弧氧化并通过SEM/EDS检测膜层的形貌和成分。结果全封闭式阴极可有效避免弱电场对膜层的影响。半封闭阴极的开口宽度和密封方向对微弧氧化膜有影响,在开口方向,电场辐射区约150 mm,膜厚随距阴极距离的增加而递减,在阴极宽度1倍处,膜厚稍有衰减,其影响区为阴极宽度的6倍。若阴极两端均不密封,氧化影响区将是阴极宽度的12倍。结论采用前部适度敞开、后部彻底封闭的阴极构形,可控制氧化过程中由于电场强度变化引起的膜层脱落和烧蚀缺陷,获得连续均匀的微弧氧化膜。氧化工艺参数可设置为电压450 V,脉宽15,脉数500,扫描速度10 mm/min。     

氧化时间对AZ31B镁合金微弧氧化涂层结构及性能的影响

目的 探索氧化时间对AZ31B镁合金表面微弧氧化（MAO）涂层结构及性能的影响规律。方法 通过恒压MAO的方法在硅酸盐电解液体系中制备涂层,采用扫描电子显微镜（SEM）、Image-J图像分析法、测厚仪、表面粗糙度仪、摩擦磨损试验机、盐雾试验箱来研究涂层表面微观形貌、表面孔隙率、厚度、粗糙度、摩擦性能以及耐蚀性能。结果 涂层孔隙率随着氧化时间的延长而减小,氧化25 min所得涂层孔隙率最小,为5.404%。涂层厚度随时间的延长而增大,但是厚度增长速率减小,氧化5 min时涂层厚度为9 μm,而25 min时涂层厚度为10.4 μm。涂层粗糙度与摩擦系数随时间的增加而增大,磨损率随氧化时间的增加,呈现先增大后减小的趋势,氧化15 min所得样品磨损率最高,氧化5 min所得涂层耐蚀性最差,氧化25 min的涂层耐蚀性最好。结论 恒压条件下,氧化时间的延长可以有效地减小涂层表面孔隙率,增加涂层厚度,显著改善涂层的耐磨、耐蚀性能。     

电流密度对TC11钛合金微弧氧化性能的影响

以硅酸钠(Na2SiO3)和钨酸钠(Na2WO4)为电解质在TC11钛合金表面生成一层微弧氧化膜。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度测试仪等观察涂层表面形貌和横截面形貌以及内外陶瓷膜层的显微硬度。结果表明,与基体钛合金相比,当电流密度为9 A/dm2,膜层的显微硬度得到提高,但附着力有所降低。此外,在3.5%NaCl和30%H2SO4溶液中比较分析了膜层的电化学腐蚀和一般腐蚀,当电流密度为9 A/dm2时,在30%H2SO4溶液中的膜层具有较低的自腐蚀电流密度。最后,通过SiC和膜层的对磨实验研究了膜层的磨损机理。