超声辅助TC4合金微弧氧化涂层的制备与性能研究
本文关键词：超声辅助TC4合金微弧氧化涂层的制备与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：钛合金凭借其良好的耐蚀性能、较高的比强度和较小的密度,而被选用为油气井材质,尤其作为油套管使用时,对H2S、CO2、Cl-腐蚀具有很好的抵抗能力。然而,钛合金表面承载能力低、耐磨能力差,影响其使用过程的安全性和耐久性。用各种表面工程技术改善钛合金的耐磨性和耐蚀性是研究的重点,采用微弧氧化技术通过在钛合金表面原位生长一层涂层以提高其耐磨性能得到了大量研究。但是,微弧氧化中后期涂层的生长质量差等问题直接影响了该技术的实际应用。针对上述问题,本文提出在微弧氧化过程中引入超声外场辅助的思路。然而,在微弧氧化电解液中陶瓷膜对反应离子的吸附有选择性,因此,本文主要研究了TC4钛合金在NaAlO2、(NaPO3)6两种不同的电解液体系中超声波对微弧氧化过程中电压-时间变化曲线、涂层厚度、表面形貌、相组成的影响,对比了有无超声辅助微弧氧化制备的涂层耐蚀性和耐磨性的变化。主要研究结果如下:(1)超声引入以后,其空化效应,使得放电击穿变得容易,试样表面放电通道增加,涂层表面呈现出更多的微孔形貌特征。同时,超声的声流效应强化了电解液的搅拌作用,提高了等离子化学氧化、热化学氧化、电化学氧化等反应的有效离子浓度,从而有效增加了涂层厚度,微弧氧化处理15 min时,在NaAlO2和(NaPO3)6体系下,厚度分别增加了34%和15%。(2)不同电解液下,经微弧氧化处理可制备不同相组成的涂层,随着处理时间的延长,主要相的峰强度增加,且引入超声辅助后,未改变涂层相组成种类。在NaAlO2体系中,主要相为Al2TiO5;在(NaPO3)6体系中,主要相是TiO2(金红石相和锐钛矿相),还有部分的AlPO4相。(3)在饱和油田模拟液中,分别研究了两种不同电解液体系中有无超声辅助制备的微弧氧化涂层的耐腐蚀性能。结果表明,不同电解液体系中,超声对涂层耐蚀性能的影响存在差异。在NaAlO2体系下,超声引入时间较短时,对涂层的耐腐蚀性能的影响较小;处理时间较长时,自腐蚀电流提高了一个数量级,耐腐蚀性能得到明显改善。在(NaPO3)6体系中,超声辅助对涂层耐蚀性的影响不明显,各涂层的自腐蚀电流处于同一数量级。(4)在10 N载荷和Si3N4陶瓷球配副下,分别研究了两种电解液中处理15 min时微弧氧化涂层的耐磨性能。结果表明,超声的引入一定程度上减弱了涂层的耐磨性能,但未改变涂层的磨损机制。在NaAlO2体系中制备的涂层,与Si3N4陶瓷球对磨时,涂层都被磨穿,超声辅助制备的涂层失重较多,磨痕较宽。两者的磨损机制以磨粒磨损为主,疲劳磨损为辅。在(NaPO3)6体系下,涂层都未被磨穿,整体表现出较好的耐磨性,但超声辅助制备的涂层的磨损失重严重,涂层剥落或断裂较明显。磨损机制以疲劳磨损为主,磨粒磨损为辅。
【关键词】：TC4合金 微弧氧化 超声辅助 饱和油田模拟液 耐蚀性 耐磨性
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：
- 摘要3-5
- ABSTRACT5-10
- 符号说明10-11
- 第一章 绪论11-21
- 1.1 油套管及表面防护概述11-15
- 1.1.1 油套管简介11-12
- 1.1.2 油套管的发展现状12-13
- 1.1.3 钛及钛合金油气井的应用现状13-14
- 1.1.4 钛及钛合金的表面强化技术14-15
- 1.2 微弧氧化技术简介15-17
- 1.2.1 微弧氧化技术机理与影响因素15-16
- 1.2.2 TC4钛合金微弧氧化16-17
- 1.3 外场辅助表面处理概述17-19
- 1.3.1 电磁场辅助17
- 1.3.2 机械能辅助17-18
- 1.3.3 超声辅助~[64]18-19
- 1.4 选题及研究内容19-21
- 第二章 实验材料及研究内容21-25
- 2.1 实验材料21
- 2.2 微弧氧化工艺参数21-22
- 2.2.1 实验设备21-22
- 2.2.2 工艺设计22
- 2.3 涂层的表征与性能检测22-25
- 2.3.1 涡流测厚仪22-23
- 2.3.2 扫描电镜（SEM）23
- 2.3.3 XRD分析23
- 2.3.4 摩擦磨损性能测试23-24
- 2.3.5 耐腐蚀性能测试24-25
- 第三章 超声辅助对微弧氧化涂层形貌与结构的影响25-39
- 3.1 超声辅助对NaAlO_2体系微弧氧化涂层形貌与结构的影响25-31
- 3.1.1 超声辅助对微弧氧化电压-时间关系的影响25-26
- 3.1.2 超声辅助对微弧氧化涂层厚度的影响26-27
- 3.1.3 超声辅助对微弧氧化涂层表面形貌的影响27-29
- 3.1.4 超声辅助对涂层相组成的影响29-31
- 3.2 超声辅助对(NaPO_3)_6 体系微弧氧化涂层形貌与结构的影响31-37
- 3.2.1 超声辅助对微弧氧化电压-时间关系的影响31-33
- 3.2.2 超声辅助对微弧氧化涂层厚度的影响33-34
- 3.2.3 超声辅助对微弧氧化涂层表面形貌的影响34-35
- 3.2.4 超声辅助对涂层相组成的影响35-37
- 3.3 本章小结37-39
- 第四章 超声辅助对微弧氧化涂层性能的影响39-51
- 4.1 超声辅助对微弧氧化涂层耐蚀性能的影响39-43
- 4.1.1 超声辅助对NaAlO_2体系微弧氧化涂层耐蚀性能的影响39-41
- 4.1.2 超声辅助对(NaPO_3)_6 体系微弧氧化涂层耐蚀性能的影响41-42
- 4.1.3 微弧氧化涂层的耐腐蚀性能比较42-43
- 4.2 超声辅助对微弧氧化涂层耐磨性能的影响43-50
- 4.2.1 超声辅助对NaAlO_2体系微弧氧化涂层耐磨性能的影响43-46
- 4.2.2 超声辅助对(NaPO_3)_6 体系微弧氧化涂层耐磨性能的影响46-49
- 4.2.3 微弧氧化涂层的耐磨性能比较49-50
- 4.3 本章小结50-51
- 第五章 结论51-53
- 参考文献53-59
- 致谢59-61
- 攻读硕士期间发表的学术论文61
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7 朱e，
本文编号：322991
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