纯钛及Ti-6Al-4V的等离子电解氧化及其黑膜形成机理的研究

发布时间：2020-06-23 07:42

【摘要】：钛及其合金是一种性能优异的结构材料,在航空航天、生物工程、汽车等领域都有十分广泛的应用。等离子体电解氧化技术可以提高钛合金的耐磨及耐腐蚀性能,并拓展钛合金的应用。本文对纯钛和Ti-6A1-4V合金在高浓度硅酸盐电解液中的等离子体电解氧化的特点进行了研究。在只改变处理时间的条件下,制备出了黑、白两种颜色不同的陶瓷膜层,并采用SEM、XRD、XPS等技术对膜层的相组成、表面形貌、形成机理等进行了研究。纯钛在和Ti-6A1-4V相同条件下进行PEO处理,制备出了黑色的陶瓷膜层,这说明黑膜的形成与钒元素无关。XPS分析结果表明,黑色膜层中存在着Ti~(2+)、Ti3+离子,而白色膜层中只有Ti4+。EDS分析结果显示,白色膜层中存在着大量的Na+。因此黑膜的形成与低价钛离子的存在有关。白膜的处理时间较长,其厚度较厚。白膜的形成与钛的完全氧化和硅酸盐的大量沉积有关。Ti-6A1-4V合金经PEO处理得到的黑白两种膜层,还进行了亲水性、表面粗糙度测试、结合力测试。表面粗糙度测试显示白色膜层要远远粗糙于黑色膜层,而且两种膜层都是亲水的膜层,其中白色膜层是超亲水的。两种膜层抛光后的亲水性测试结果,发现两种膜层的亲水性都变差了,表明白膜的超亲水性与其较粗糙的表面有很大关系。黑色膜层与基体的结合力很好达到了 14Mpa,白色膜层结合力较低,白色膜层被完整的从黑色膜层上剥落下来。膜层的摩擦性能显示膜层的存在对基体耐磨性能有一定提高。纯钛和Ti-6A1-4V合金经过处理后形成的陶瓷膜层的厚度和耐腐蚀性能的测试结果表明,白色膜层厚度要远远高于黑色陶瓷膜层,但是黑色膜层的耐腐蚀性要优于白色陶瓷膜层,并且二者耐腐蚀性能都要好于基体。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.23
【图文】：

示意图,锆合金,膜层,电解液

在对锆合金等离子体电解氧化的膜层生长特征的研究时，使用５６邋ｇ／１的ＮａＡ１０２逡逑的电解液时，发现在膜层表面存在着零星微弱的放电火花，这种放电火花类似于逡逑“软火花”，并提出了新的膜层生长机理如图１．２［１６］。在图１．２中左边区域是“软火逡逑花”放电，在这里有大量的阴离子发生阴离子沉积成膜，右边的弧放电烧结会使逡逑沉积效率更高，在双脉冲的条件下，膜层的表面主要是均匀的“软火花”放电，在逡逑此浓度下ＯＥＳ光谱只检测到了来自电解液中的Ｎａ元素的谱线，而且在膜层的表逡逑面并没有看到饼状结构的形成。逡逑／邋／逡逑必逦Ｚｉｒｌｏ邋ａｌｌｏｙ邋Ｚｒ0２逡逑图１．２锆合金在５６邋ｇ／ｌ的电解液中进行ＴＯＯ单脉冲模式膜层形成示意图［１６］逡逑Ｔｕ等人在对镁合金进行微弧氧化处理时又发现了新现象，并对膜层的生长逡逑机理进行了进一步的研究如图１．３［１７］。Ｔｕ等人在含有Ｎａ２Ｗ０４和ＮａＡ１０２的电解逡逑液中对镁合金进行ＰＥＯ处理制备出了具有内层、外层、阻碍层结构的膜层，膜逡逑层的表面存在着饼状结构，内层与外层之间被大孔分开。膜层不仅向外同时也向逡逑内生长。在ＰＥＯ放电后期，膜层已形成双层结构，电极表面火花数量减小，如逡逑图１．３中只在两个位置画出放电火花

示意图,膜层,穿透性,镁合金

【参考文献】