钛合金微弧氧化表面改性研究
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【摘要】：本文通过微弧氧化技术,通过调节各项工艺参数在电解液中掺杂不同粒径碳化硅颗粒,从而在纯钛及钛合金表面制备出含不同粒径碳化硅的陶瓷膜层。然后采用扫描电子显微镜研究生成膜层的形貌,采用X射线衍射仪探究膜层的物相结构,利用摩擦磨损实验机分析膜层的摩擦磨损性能。在纯钛上通过调控各项微弧氧化工艺参数,探究各项参数对生成膜层及碳化硅的引入所造成的影响以及不同粒径的掺杂对微弧氧化膜层的影响；采用优化后的工艺参数在钛合金上制备出含不同粒径碳化硅的微弧氧化膜层,并对其进行摩擦磨损性能分析。对纯钛微弧氧化研究得出的实验结果表明,不同电解液对膜层的形貌及反应激烈程度会产生很大影响。随着电压与处理时间的上升,电火花增大,微弧放电激烈程度上升,对已生成膜层的破坏增大。可以通过在电解液中引入碳化硅的形式将碳化硅引入微弧氧化膜层内部,碳化硅的引入不会对微弧氧化反应本身造成影响,但能通过引入微弧氧化膜层从而改变微弧氧化膜层的内部结构以及膜层的致密度与孔隙率。较小粒径碳化硅的引入(0.4微米与1-2微米)能明显降低微弧氧化膜层表面小孔的孔径与孔隙率,提高膜层的致密程度,而引入较大粒径的碳化硅(8微米)并不能降低膜层的孔隙率与孔径。碳化硅的引入对微弧氧化膜层硬度有影响,但影响的效果由于粒径不同而呈现出较为明显的差异。首先0.4微米粒径的碳化硅对膜层的硬度有提升,但提升的效果与1-2微米粒径碳化硅相比小很多,较大粒径的碳化硅则对膜层的表面硬度几乎没有增强作用,而1-2微米粒径的碳化硅由于粒径适中,所以其不仅能成功地通过微弧氧化孔进入膜层,并且能对膜层结构起到很好的强化作用,从而最大幅度提高膜层的表面微观硬度。本实验中对钛合金的微弧氧化研究结果表明,碳化硅颗粒的引入对生成的钛合金微弧氧化膜层的表面形貌和摩擦磨损性能影响非常显著,较小粒径碳化硅颗粒引入微弧氧化膜层可以较大幅度地降低微弧氧化膜层的孔隙率,增大膜层表面致密度,对膜层减摩耐磨性能有较大幅度的提高。其中1-2 μm粒径的碳化硅对微弧氧化膜层耐磨性的提高效果最为明显。较大粒径碳化硅难以通过尺度较小的微弧氧化孔进入微弧氧化层,减摩耐磨性能提高较小。
【关键词】：微弧氧化 Ti-6Al-4V SiC颗粒 摩擦磨损性能
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：
- 摘要3-5
- Abstract5-9
- 第一章 绪论9-16
- 1.1 研究背景9-15
- 1.1.1 微弧氧化膜层的生长机理10-12
- 1.1.2 微弧氧化膜层的微观形貌12
- 1.1.3 微弧氧化处理的工艺参数12-14
- 1.1.4 微弧氧化处理对工件的改善效果14
- 1.1.5 微弧氧化的主要应用14-15
- 1.2 研究内容15-16
- 第二章 微弧氧化工艺与实验流程16-23
- 2.1 本章引论16
- 2.2 实验材料与仪器16-21
- 2.2.1 实验材料与仪器16-17
- 2.2.2 实验仪器17-21
- 2.3 微弧氧化实验方案的设计21-23
- 2.3.1 微弧氧化工艺参数的选定21
- 2.3.2 微弧氧化工艺流程21-23
- 第三章 碳化硅的引入对纯钛微弧氧化层的影响23-31
- 3.1 表面形貌23-28
- 3.1.1 电解液成分对微弧氧化层表面宏观及微观形貌的影响23-26
- 3.1.2 各项电参数对微弧氧化层表面形貌形貌的影响26-28
- 3.2 通过XRD分析碳化硅引入对膜层成分的影响28-29
- 3.3 碳化硅的引入对纯钛微弧氧化膜层表面微观硬度的影响29-30
- 3.4 本章总结30-31
- 第四章 碳化硅引入对Ti-6Al-4V钛合金微弧氧化膜的影响31-38
- 4.1 表面形貌31-32
- 4.2 物相分析32-33
- 4.3 摩擦磨损分析33-37
- 4.4 本章总结37-38
- 第五章 结论与展望38-40
- 5.1 结论38
- 5.2 展望38-40
- 参考文献40-43
- 在学期间的研究成果43-44
- 致谢44
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7 朱e
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