论文部分内容阅读
为了在钛合金表面获得耐磨损性能良好的陶瓷膜，本文利用专用双相脉冲电源，以Na2SiO3-Na3PO4为主电解液体系对钛合金表面进行微弧氧化处理，探索工艺参数对陶瓷膜的组成、结构和性能的影响规律，通过工艺参数的优化以及掺杂改性添加剂的选择，系统地分析了各种因素对膜层结构与摩擦磨损性能的影响规律，并分别探讨了钛合金基体和陶瓷膜的摩擦学行为。 利用 X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)、剪切法和抗热震法等测试手段，分析膜层的相组成，观察陶瓷膜及磨痕形貌与元素分布，评价膜基结合强度；利用电涡流涂层测厚仪、数字显微硬度计及表面粗糙度仪测试膜层厚度、表面硬度和粗糙度；通过球盘式摩擦磨损实验机研究了陶瓷膜的滑动干摩擦摩擦系数及质量磨损率。 在Na2SiO3-Na3PO4主电解液体系下，钛合金微弧氧化陶瓷膜层主要由锐钛矿型TiO2和金红石型TiO2组成，并有少量非晶态SiO2存在。提高频率有利于TiO2从锐钛矿型向金红石型转变，增加Na3PO4浓度和正相电流密度有利于膜层结晶化程度。膜层中Si元素靠近溶液一侧含量较多，Ti元素则越靠近基体含量越多，且在基体表层中有Si元素的渗入。随着电源频率增加，占空比减小，处理时间变短，膜层抗热震性能增强，随着正/负相电流密度增大，抗热震性能先提升后降低。 添加剂的加入能够改善膜层的耐磨损性能，减小摩擦系数或降低磨损率。本文尝试了3组添加剂，添加剂A（二硫化钼+OP乳化剂）制备的陶瓷膜的磨损主要形式为粘着磨损，伴有极少的磨料磨损；添加剂B（甘油）制备的陶瓷膜也是如此，但磨料磨损贡献要大一些；而添加剂C（钼酸铵+硫化钠）制备的陶瓷膜的磨损形式主要表现为磨料磨损，与Ti6Al4V基体的磨损机制相似。其中添加剂A制备的陶瓷膜层耐磨性能最好，与GCr15钢球对磨的滑动干摩擦系数为0.14，质量磨损率为9.55×10-5 mg/(N·m)，是基体的8.6％。添加剂A制备的耐磨性陶瓷膜层最佳工艺参为：Na2SiO3浓度40g/L、Na3PO4浓度12g/L、MoS2浓度1g/L，电源频率为2000Hz，占空比10%，正相电流密度5.33A/dm2，负相电流密度2.67 A/dm2，处理时间为20min。