鈦合金等離子電解氧化膜的制備和性能研究.pdf

1、本文以Na2SiO3和(NaPO3)6為電解液，分別采用恒壓模式和恒流模式對Ti-6Al-4V進(jìn)行等離子電解氧化。通過分析膜層生長速率、電壓電流波形、膜層形貌及相組成等對成膜機理和膜層微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，同時采用電化學(xué)試驗，微動磨損試驗以及納米壓痕試驗對膜層的耐蝕性、耐磨性和硬度進(jìn)行研究。最后通過對比鈦合金和鋯合金等離子電解氧化過程中的成膜效率及膜層形貌初步探討了不同金屬等離子電解氧化的機理。本研究主要結(jié)論如下:
　　 (1)和其

2、它閥金屬相比，鈦合金等離子電解氧化時適合用較小的占空比，減小占空比可以增加脈沖電流平臺值，有利于鈦合金等離子電解氧化過程的維持。
　　 (2)恒壓模式下膜層在PEO處理前10 min內(nèi)生長迅速，速度達(dá)3.3μm/min。隨后迅速降低，30 min后，僅保持0.2μm/min的低速增加。鈦合金膜層主要物質(zhì)為金紅石、銳鈦礦和大量的非晶。非晶可能與膜層中大量的硅和磷元素有關(guān)，隨著等離子電解氧化時間的延長，金紅石含量增加。采用恒流模式生

3、成的膜層厚度大于恒壓模式(處理60 min的膜層厚度分別為(恒壓模式44μm和恒流模式79μm)，且膜層致密性和均勻性較好。
　　 (3)摩擦性能分析表明兩種模式生成的膜層對鈦合金的耐磨性能都有很大提高，而且處理時間越長，耐磨性能越好。膜層良好的耐磨性能歸因于膜層的高的H/E值（硬度與彈性模量的比值），即膜層具有高硬度，低的彈性模量。納米壓痕分析表明膜層的硬度均大于基體，膜層最外層高達(dá)6.1 GPa，最內(nèi)層3.8 GPa，與基體

4、3.5 GPa很接近;膜層的彈性模量從內(nèi)至外為48.5-64.6 GPa，遠(yuǎn)小于基體(88.8 GPa)，膜層H/E值從內(nèi)到外逐漸增大。
　　 (4)電化學(xué)分析表明膜層的耐蝕性能相比基體都有大幅度提高，鈍化電流比基體減小了1-2個數(shù)量級，耐蝕性能隨PEO處理時間的增加而變差，表現(xiàn)為鈍化電流隨膜厚的增加而升高，這種現(xiàn)象可能與長時間處理的膜層形成大量的裂紋和氣孔等缺陷有關(guān)。
　　 (5)在同一電解液中，鈦合金和鋯合金等離子電