TC4表面等离子电解氧化制备复合陶瓷涂层及其耐磨性能研究

发布时间：2021-05-22 06:18

　　钛合金综合性能优异,应用广泛,但存在着硬度低、耐磨性能差的致命缺点,大大限制了钛合金在航空航天和医疗等领域的应用。因此,提高钛合金的表面硬度和其摩擦学性能具有重要意义。本文结合硬质复合陶瓷涂层、固体自润滑颗粒掺杂和激光表面织构化,在钛合金表面制备性能优异的减摩耐磨涂层。首先,采用等离子电解氧化（PEO）技术在钛合金表面制备硬质复合陶瓷涂层,研究并优化氧化时间对涂层厚度、硬度等的影响,揭示PEO涂层的生长规律。其次,采用一步法制备等离子电解氧化自润滑复合涂层,采用硬质Al₂O₃颗粒,软质石墨颗粒和二者混合颗粒作为掺杂物,以PEO涂层作为承载骨架,研究掺杂颗粒对PEO涂层的作用和掺杂机理。最后,采用激光表面织构化技术在钛合金表面构筑织构化微孔,以优化织构化微孔面密度,并研究织构化微孔对硬质颗粒的捕获和对软质颗粒的储存机制。采用X射线衍射（XRD）,场发射扫描电镜（FE-SEM）,能谱仪（EDS）,硬度计,3D形貌仪和摩擦磨损试验机等设备进行测试,从涂层的组分成分分析、横截面元素分布、磨痕、形貌、硬度、厚度及摩擦学性能等方面阐述了耐磨润滑机理。结果... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源和背景
    1.2 等离子电解氧化技术
        1.2.1 等离子电解氧化概述
        1.2.2 等离子电解氧化影响因素
        1.2.3 等离子电解氧化的耐磨损性能
    1.3 激光表面织构化技术
        1.3.1 表面织构化概述
        1.3.2 激光表面织构化的耐磨损性能
    1.4 固体自润滑涂层
        1.4.1 固体自润滑材料
        1.4.2 等离子电解氧化的自润滑涂层
    1.5 钛合金表面耐磨性能研究存在的问题
    1.6 论文研究内容
        1.6.1 研究目的
        1.6.2 研究内容
        1.6.3 论文要解决的问题
2 实验材料和性能测试
    2.1 实验原料
    2.2 实验设计
        2.2.1 等离子电解氧化制备陶瓷涂层
        2.2.2 软硬相掺杂制备自润滑复合陶瓷涂层
        2.2.3 激光表面织构化
    2.3 涂层物相和性能检测
        2.3.1 涂层物相组成检测
        2.3.2 涂层物相含量检测
        2.3.3 涂层表面形貌分析
        2.3.4 涂层硬度分析
        2.3.5 涂层三维形貌和粗糙度分析
        2.3.6 涂层摩擦学性能测试
3 PEO制备涂层氧化时间工艺优化
    3.1 引言
    3.2 氧化时间对PEO涂层的成分影响
    3.3 氧化时间对PEO涂层元素组成分析
    3.4 氧化时间对PEO涂层表面形貌和粗糙度的影响
        3.4.1 氧化时间对PEO涂层表面形貌的影响
        3.4.2 氧化时间对PEO涂层表面粗糙度的影响
    3.5 氧化时间对PEO涂层厚度和硬度的影响
        3.5.1 氧化时间对PEO涂层厚度的影响
        3.5.2 氧化时间对涂层硬度的影响
    3.6 PEO涂层摩擦学性能分析
        3.6.1 氧化时间对摩擦系数的影响
        3.6.2 PEO涂层磨痕3D形貌分析
        3.6.3 磨损率分析
    3.7 本章小结
4 掺杂颗粒制备PEO复合陶瓷涂层及其自润滑改性研究
    4.1 引言
    4.2 掺杂颗粒物相成分分析
    4.3 掺杂颗粒对PEO涂层元素物相成分分析
    4.4 掺杂颗粒对PEO涂层表面形貌和粗糙度的影响
        4.4.1 掺杂颗粒对PEO涂层表面形貌的影响
        4.4.2 掺杂颗粒对PEO涂层表面粗糙度的影响
    4.5 掺杂颗粒对PEO涂层厚度和硬度的影响
        4.5.1 掺杂颗粒对PEO涂层厚度的影响
        4.5.2 掺杂颗粒对PEO涂层硬度的影响
    4.6 掺杂颗粒对PEO涂层摩擦学性能的影响
        4.6.1 掺杂颗粒对PEO涂层摩擦系数的影响
        4.6.2 PEO涂层磨痕3D形貌分析
        4.6.3 磨损率分析
    4.7 本章小结
5 LST/PEO/自润滑复合陶瓷涂层摩擦磨损性能研究
    5.1 引言
    5.2 LST表面织构处理后钛合金3D形貌
    5.3 LST/PEO/自润滑涂层的3D形貌图
    5.4 LST/PEO/自润滑复合涂层的表面形貌
    5.5 LST/PEO/自润滑复合涂层的摩擦学性能分析
        5.5.1 摩擦系数分析
        5.5.2 LST/PEO/自润滑磨痕3D形貌分析
        5.5.3 磨损率分析
    5.6 LST/PEO/自润滑复合涂层的摩擦磨损机理分析
    5.7 本章小结
6 结论
    6.1 主要结论
    6.2 创新性
    6.3 展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]钛合金微弧氧化陶瓷层及其复合膜层研究进展[J]. 张瑞珠,韩林萍,唐明奇,任洋洋,李林杰.  人工晶体学报. 2018(01)
[2]氧化时间对钛合金钻杆微弧氧化膜层结构和性能的影响[J]. 陈孝文,李仁仆,张德芬,唐瑜,陈文贤,邹波,蒋丽,梁晟,施太和.  材料导报. 2017(S1)
[3]钛合金微弧氧化电解液及添加剂的研究进展[J]. 吴连波,马维红,李兴照.  长春工业大学学报. 2015(02)
[4]TA2钛合金表面Al2O3/石墨自润滑沉积层的制备及其摩擦学性能研究[J]. 李维学,张凯,戴剑锋,梁军,霍晓迪.  航空材料学报. 2013(03)
[5]电解液pH对钛合金微弧氧化陶瓷膜的影响[J]. 陈寅,马凤仓,刘平,李伟,刘新宽,陈小红,何代华.  机械工程材料. 2013(05)
[6]一种低能耗微弧氧化电解液的设计方法[J]. 王晓波,田修波,巩春志,杨士勤.  表面技术. 2012(05)
[7]制约微弧氧化技术应用开发的几个科学问题[J]. 蒋百灵,刘东杰.  中国有色金属学报. 2011(10)
[8]Ti6Al4V表面激光织构化及其干摩擦特性研究[J]. 连峰,张会臣,庞连云.  润滑与密封. 2011(09)
[9]金属表面织构化微孔填充干膜润滑剂的摩擦学性能[J]. 黄仲佳,熊党生,李建亮,刘明朗.  材料保护. 2011(06)
[10]表面织构及其对摩擦学性能的影响[J]. 历建全,朱华.  润滑与密封. 2009(02)

硕士论文
[1]纳米润滑级二硫化钼摩擦学特性研究[D]. 沃恒洲.合肥工业大学 2003



本文编号：3201145