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在Na2SiO3-Na2WO4-(NaPO3)6-NaF电解液体系中,采用直流脉冲方式对TC4钛合金进行微弧氧化,制备出含有BN和ZrO2颗粒的微弧氧化陶瓷膜层。研究了电解液中BN和ZrO2的含量、电流密度以及氧化时间对膜层表面形貌、复合膜厚度、复合膜粗糙度的影响。对复合膜层的摩擦磨损性能进行研究,并提出耐磨减摩机制。对微弧氧化放电的机制进行研究,分析颗粒从电解液到达膜层表面的控制要素,对颗粒进入膜层过程进行分析。研究结果表明:在8g/L Na2SiO3、6g/L(NaPO3)6、4g/L Na2WO4、0.5g/L NaF的电解液中分别添加BN、ZrO2微粒,电流密度为8A/dm2,频率500Hz,占空比为40%,制备出含有BN和ZrO2微粒的微弧氧化膜层。随着氧化时间的延长,膜层增厚,膜层生长速率减小,表面微孔数目减小,孔径增大,膜层表面粗糙度增加。氧化30min后的微弧氧化BN复合膜的摩擦系数和比磨损率分别为0.05左右、0.85×10-7mm3/N.m。氧化100min后的ZrO2复合膜的摩擦系数为0.125左右,比磨损率为1.5×10-7mm3/N.m。膜层中ZrO2微粒含量为23.59%时的ZrO2复合膜的摩擦系数在0.3左右,比磨损率为2.7×10-7mm3/N.m。微弧氧化复合膜的相结构为锐钛矿、金红石相的TiO2、Al2TiO5相、Ti以及第二相粒子BN、ZrO2。微弧氧化膜中的P、Si、W、Ti等主要以非晶态形式存在。随着氧化时间增加,处理电压的增高,锐钛矿相TiO2衍射峰不断减少,金红石相TiO2不断增加。微弧氧化复合膜层的摩擦磨损机理主要表现为粘着磨损、磨粒磨损。BN颗粒在微弧氧化陶瓷层中起到自润滑作用,ZrO2颗粒能够改善微弧氧化膜层的耐磨性能。微弧氧化等离子体放电过程是:电解液和基体金属受到O的等离子体热力学激励发生电化学反应,由多孔结构的氧化层深入到基体金属,同时伴随着等离子体放电的衰减。这样在氧化膜与基体的边界形成外部类似凸透镜形状的半球体、而中心带有凹陷的放电通道,形成火山口。抛出的熔融金属与电极表面的电解液接触,产生热化学、电化学等复杂的反应,冷却后构成了膜层各组成物质。十二烷基苯磺酸钠能大量提高ZrO2在膜层中的的复合量。电迁移在颗粒沉积到微弧氧化膜层当中起着重要作用。