钛合金微弧氧化瓷釉复合层的制备及绝缘性能的研究

发布时间：2020-08-20 17:25

【摘要】：钛及钛合金微弧氧化处理后形成的陶瓷层具有结合强度高、耐蚀及绝缘等特点,但是在湿态下微弧氧化陶瓷层的绝缘性降低,影响钛合金零部件在电偶腐蚀等条件下的使用性能。另一方面,搪瓷涂层不仅抗高温氧化、耐热腐蚀,而且绝缘性能优异,然而由于与金属基体的热膨胀系数不匹配等原因导致搪瓷涂层在长期服役过程中易出现开裂失效。基于此,将微弧氧化与搪涂工艺复合,有望在钛合金表面获得综合性能优异的瓷釉复合层,对提高钛合金在严苛及复杂工况(高温、高压、侵蚀介质等)下的使用寿命具有重要的实践意义。实验选取ZTi60钛合金为研究对象,对比研究了其表面的微弧氧化陶瓷层、搪瓷涂层、瓷釉复合层三种涂层性能的优劣,进而探讨了微弧氧化陶瓷层微观结构和搪瓷工艺中的烧结工艺对瓷釉复合层性能的影响。此外,利用SEM及XRD研究了瓷釉复合层及微弧氧化陶瓷层、搪瓷涂层的微观结构及相组成;采用涡流测厚仪、耐压测试仪、涂层附着力自动划痕仪等测试技术研究了复合层的厚度、绝缘性能、结合力。结果表明:(1)在三种涂层中,微弧氧化陶瓷层与ZTi60钛合金基体的结合强度最高,瓷釉复合层次之,搪瓷涂层最差;就绝缘性能而言,微弧氧化陶瓷层最差,搪瓷涂层次之,瓷釉复合层的绝缘性能最优。(2)ZTi60表面微弧氧化陶瓷层的主要由TiO2相组成,瓷涂层以及瓷釉复合层的主要物相包含Al2O3、TiO2、SiO2等。(3)随着微弧氧化过程中脉冲频率和占空比的增大,瓷釉复合层与基体的结合强度呈先增大后减小的变化规律。进一步研究表明,瓷釉复合层的结合强度与微弧氧化陶瓷层的微观结构密切相关;当微弧氧化陶瓷层微孔尺寸略大于釉浆粒子时,瓷釉复合层表现出更为优异的膜基结合力。优选的脉冲频率为600 Hz,占空比为10%。(4)瓷釉复合层的绝缘性能随其厚度的增大而增大,其介电强度随脉冲频率的增大而增大,随占空比的增大而减小。(5)随着烧结温度的升高,瓷釉复合层与基体的结合强度先增大后减小,击穿电压则保持逐渐增大的变化趋势;随着保温时间的延长,复合层的结合强度逐渐减小,但击穿电压却逐渐增大。优选的烧结工艺为烧结温度850℃,保温时间50min。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4
【图文】：

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图 2-1 釉料微观形貌的 SEM 像. 2-1 SEM image of microscopic morphology the复合层的制备流程瓷涂层的制备流程【5,14,32】，搪瓷涂层和

宏观照片,钛合金,涂层,搪瓷涂层

图 3-1 不同钛合金涂层的宏观照片(a) 微弧氧化陶瓷层，(b)搪瓷涂层，(c)瓷釉复合层Fig.3-1 The macroscopic photographs of different coatings on Ti alloys(a) MAO coating，(b) enamel coating，(c) composite coating

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图 3-3 不同钛合金涂层微观形貌的 SEM 像(a) 微弧氧化陶瓷层，(b)搪瓷涂层，(c)瓷釉复合层Fig.3-3 SEM images of different coatings on Ti alloys(a) MAO coating，(b) enamel coating，(c) composite coating3.4 三种不同涂层的结合力

【参考文献】