TC4钛合金表面复合涂层的研究

发布时间：2017-09-14 10:29

  本文关键词：TC4钛合金表面复合涂层的研究

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【摘要】：钛合金具有比强度高、中温性能稳定、耐蚀性好等优点而成为航空航天的重要结构材料,但钛合金硬度低、摩擦系数大,易发生严重的粘着磨损和氧化磨损,极大地影响了钛合金结构的安全性和可靠性。本课题采用热浸镀铝和微弧氧化相结合的表面处理技术,在钛合金表面得到致密的复合膜层,研究处理前后钛合金表面的硬度、耐磨性和耐蚀性的差异。本课题包括两部分:第一部分在钛合金表面制得适合进行微弧氧化的热浸镀铝层;第二部分在镀层上完成微弧氧化实验,以及检测复合膜层的性能。在TC4钛合金上进行热浸镀实验时,采用单一变量控制法,分别研究热浸镀温度、热浸镀时间、热扩散时间对膜层厚度和质量的影响规律。实验表明,热浸镀温度为730℃,热浸镀时间为3min,在800℃热扩散温度下扩散3h,可获得厚度约为120μm,质量较佳的热浸镀扩散层,扩散层的主要成分为TiAl_3合金。采用扫描电子显微镜观测试样的截面形貌发现,随着热浸镀温度的升高,热浸镀膜层总厚度及表面纯铝层厚度不断地减小,而合金层厚度不断增加;热浸镀时间在90s~300s时,膜层合金层厚度随热浸镀时间的延长而增大,膜层总厚度和表面的纯铝层厚度在不断地减小;730℃热浸180s的镀层,在800℃下热扩散180min后,纯铝层几乎完全消失,镀层转变为以TiAl_3为主要相成分的扩散层。采用硅酸盐体系电解液对扩散层进行不同时间的微弧氧化处理,其表面形貌与TiAl合金经微弧氧化处理后的形貌相似,扩散层经微弧氧化处理30min后,膜层表面出现TiAl_2O_5相,陶瓷层的厚度随氧化时间的延长而增大,显微硬度明显高于扩散层的硬度,最大硬度可达870Hv;耐磨性随氧化时间的增长量先增强后减弱,最小摩擦系数降为0.25;膜层耐蚀性随氧化时间的延长先增强后减弱,最小腐蚀电位为-0.51v,微弧氧化处理时间为30min时,膜层的耐磨性和耐蚀性最佳。
【关键词】：TC4钛合金 热浸镀铝 微弧氧化 复合膜层
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 钛合金的性质及应用12-13
• 1.1.1 钛合金的性质12
• 1.1.2 钛合金的应用12-13
• 1.2 钛合金的表面改性技术13-15
• 1.3 钛合金热浸镀铝表面处理技术15-19
• 1.3.1 热浸镀铝技术简介15
• 1.3.2 钛合金热浸镀铝的成膜机理15-16
• 1.3.3 热浸镀铝成膜的影响因素16-17
• 1.3.4 钛合金热浸镀铝的研究现状17-19
• 1.4 钛铝合金微弧氧化表面处理技术19-22
• 1.4.1 钛铝合金微弧氧化技术19-20
• 1.4.2 钛铝合金微弧氧化的研究现状20-21
• 1.4.3 TiAl合金微弧氧化的现有难题21-22
• 1.5 复合处理技术发展22
• 1.6 研究目的及研究内容22-24
• 第2章 实验设备及研究方法24-32
• 2.1 实验材料24
• 2.2 热浸铝实验24-27
• 2.2.1 热浸镀铝设备25
• 2.2.2 工艺参数的选择25-26
• 2.2.3 热浸铝的工艺流程26-27
• 2.3 微弧氧化实验27-28
• 2.3.1 微弧氧化设备27
• 2.3.2 工艺参数的选择27-28
• 2.3.3 微弧氧化工艺流程28
• 2.4 分析测试方法28-32
• 2.4.1 膜层厚度的测定28
• 2.4.2 膜层显微组织及相成分的分析28
• 2.4.3 膜层显微硬度的测试28-29
• 2.4.4 膜层耐磨性能的测试29
• 2.4.5 膜层耐蚀性的测试29-32
• 第3章 膜层的形貌及影响因素32-44
• 3.1 热浸铝层的组织形貌及影响因素32-37
• 3.1.1 热浸镀层表面、截面形貌及相成分32-33
• 3.1.2 热浸镀温度对镀层厚度的影响33-36
• 3.1.3 热浸镀时间对镀层厚度的影响36-37
• 3.2 热扩散时间对镀层的影响37-40
• 3.2.1 热扩散时间对镀层表面形貌的影响37-38
• 3.2.2 热扩散时间对镀层截面形貌的影响38-39
• 3.2.3 利于微弧氧化的扩散层39-40
• 3.3 微弧氧化对扩散层的影响40-43
• 3.3.1 微弧氧化时间对扩散层表面形貌的影响40-41
• 3.3.2 微弧氧化时间对扩散层截面的影响41-42
• 3.3.3 微弧氧化时间对扩散层表面相成分的影响42-43
• 3.3.4 扩散层微弧氧化过程分析43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 TC4复合膜层的性能研究44-58
• 4.1 复合膜层的硬度分析44-47
• 4.1.1 热扩散时间对镀层硬度的影响44-45
• 4.1.2 微弧氧化对扩散层硬度的影响45
• 4.1.3 氧化时间对复合膜硬度的影响45-47
• 4.2 复合膜层的耐磨性分析47-52
• 4.2.1 复合膜层与扩散层耐磨性的对比47-49
• 4.2.2 氧化时间对复合膜耐磨性的影响49-52
• 4.3 复合膜层的耐蚀性分析52-56
• 4.3.1 浸泡腐蚀失重实验52-53
• 4.3.2 复合膜层与热扩散膜层的耐腐蚀性53-54
• 4.3.3 氧化时间对复合膜层耐蚀性的影响54-56
• 4.4 本章小结56-58
• 结论58-60
• 参考文献60-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果66-68
• 致谢68-69

【参考文献】

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本文编号：849497