TD3合金微弧氧化层的制备及摩擦磨损性能的研究

发布时间：2020-05-10 15:31

【摘要】：TD3合金作为一种中等铌含量的Ti_3Al基合金,在航空航天工业中受到关注,但TD3合金较差的磨损性能限制了其实际的应用。表面技术是改善材料耐磨性的的有效方法,用于TD3合金摩擦磨损性能的报道较少。本文用恒流模式微弧氧化设备对TD3合金进行微弧氧化表面改性处理,用正交试验对微弧氧化工艺参数,在优选工艺参数条件下分别添加不同浓度氟化钠、氢氧化钾及钨酸钠制备微弧氧化层。采用扫描电子显微镜、能谱仪及X射线衍射仪分析不同工艺条件下微弧氧化膜层的成分、相组成、表面及截面形貌,用涡流测厚仪和粗糙度仪分别测试微弧氧化层的厚度和表面粗糙度,探索电解液对微弧氧化层生长及性能的影响,研究不同微弧氧化层的摩擦磨损性能。采用正交试验确定优选工艺参数为:硅酸钠电解液浓度15g/L,氧化时间60min,电流密度12A/dm~2,其他工艺参数为频率500Hz,占空比10%。在优选工艺参数条件的微弧氧化层表面主要相为Al_2O_3、SiO_2、TiO_2、Nb_2O_5、Al_2SiO_5以及非晶相。微弧氧化层降低了TD3合金的摩擦系数与磨损率,磨损机理主要为疲劳磨损与轻微磨粒磨损。随着氟化钠添加量的增加,微弧氧化层表面孔隙逐渐减少,致密层越来越均匀且厚度增大,氟化钠促进TiO_2的形成并产生新相TiF_2。微弧氧化层的平均摩擦系数与磨损率均逐渐减小。添加3g/L氟化钠制备的微弧氧化层平均摩擦系数最小为0.27左右,磨损率为3.37×10~(-7) mm~3/(N·mm),硅酸钠-氟化钠电解液中制备的微弧氧化层磨损机理为疲劳磨损与轻微粘着磨损。随着氢氧化钾添加量的增加,微弧氧化层厚度逐渐增大,添加氢氧化钾能够促进非晶相形成。微弧氧化层的平均摩擦系数与磨损率均逐渐增加,添加1g/L氢氧化钾制备的微弧氧化层平均摩擦系数为0.35,磨损率为3.16×10~(-7) mm~3/(N·mm)。随着氢氧化钾添加量的增大,微弧氧化层的磨损机理由疲劳磨损与轻微粘着磨损转变成严重的疲劳磨损。随着钨酸钠添加量的增加,致密层的厚度逐渐增大,但钨酸钠添加过多导致膜层内部存在较多孔隙与缺陷。钨酸钠中的WO_4~(2-)形成WO_3,微弧氧化层的平均摩擦系数与磨损率均表现出先减小后增加的趋势。添加4g/L钨酸钠制备的微弧氧化层平均摩擦系数为0.33,磨损率最小为2.14×10~(-7)mm~3/(N·mm)。硅酸钠-钨酸钠电解液中制备的微弧氧化层磨损机理为疲劳磨损与轻微粘着磨损。
【图文】：

二元相图,二元相图

金属间化合物由于其密度较低，比强较高受到研究者的关注，始对钛的铝化物进行开发研究，70 年代之后，Ti-Al 系金属间究的重点，是最具发展潜力的高温合金，对航空、航天有重要间化合物中，主要有 α2- Ti3Al(DO19结构)、γ-TiAl(L10结构)、间化合物得到广泛重视和研究[2]。学术界广泛接受的 Ti-Al 二元相图(图 1-1)中[2]，Ti3Al 被称为 α22%-39%(原子)Al 的成分范围内稳定，为密排六方结构。含 32%(一致无序化，变为体心立方结构的 β 相。含 25%(原子)Al 的 αi3Al 在高温下具有 α2+β 两相，因此提高了 Ti3Al 的强度并使 T10]。Ti3Al 相的脆-塑性转变温度大概为 600℃，有序和无序转11]。

微弧氧化,冷却槽,搅拌系统,绝缘板

图 2-1 微弧氧化装置示意图1-电源；2-试样；3-搅拌系统；4-电解槽；5-冷却槽；6-绝缘板Fig. 2-1 Schematic of the equipment for MAO treatment-power；2-sample；3-stirrer；4-electrolyzer；5-cooling unit；6-insulating pl
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG174.4;TG146.23;V252.2

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