Ti6Al4V表面TiO 2 /ZrO 2 微弧氧化复合陶瓷层的制备及高温氧化行为研究

发布时间：2021-06-23 22:02

　　为了解决钛合金高温服役条件下的氧化问题,采用微弧氧化技术在Ti6Al4V表面原位生长ZrO2/TiO2复合陶瓷膜。通过在两种锆盐体系中优化电解液组成,正交试验优化电参数,优选出复合陶瓷膜最佳制备参数。采用XRD、SEM、EDS等分析手段表征膜层的相组成、微观形貌、元素分布,研究了不同温度下的氧化行为及其氧化机理。Zr-1、Zr-2两种电解液体系的相组成规律和生长特性研究结果表明二者的共性特点是:电压影响膜层的相组成、生长速率和晶化程度;在一定范围内增加锆盐浓度可以提高膜层中的Zr含量;膜层的生长呈先快后慢后趋于平稳,且随时间的增加膜层表面的Zr含量减少,Ti含量相对增多。不同之处是:Zr-1膜层由ZrO2和ZrTiO4组成,Zr含量较多而Ti较少,膜层主要由来自电解液的元素向内生长构建,膜层疏松多孔,和基体结合较差;Zr-2膜层由Zr O2、TiO2和ZrTiO4组成,Ti和Zr含量相当,由来自电解液的元素向内生长和基体元素向外生长共同参与构建,结构致密,与基体结合良好。通过正交试验优化了制备膜层的电参数,通过500℃高温氧化实验考察了膜层厚度对基体抗氧化性能的影响,结果表明:微弧氧化... 

【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 钛合金的高温氧化
        1.2.1 高温氧化的基本理论
        1.2.2 钛合金及其高温氧化
        1.2.3 钛合金的抗氧化涂层
    1.3 微弧氧化技术
        1.3.1 微弧氧化基本原理
        1.3.2 微弧氧化的影响因素
    1.4 ZrO_2/MxOy微弧氧化复合陶瓷层的研究现状
    1.5 本文的研究目的和研究内容
第二章 实验设备、材料及实验方法
    2.1 实验用原材料
    2.2 微弧氧化处理
        2.2.1 膜层制备方法
        2.2.2 电解液成分和电参数的设计
    2.3 涂层组织结构分析方法
        2.3.1 膜层厚度测试
        2.3.2 膜层表面粗糙度测试
        2.3.3 膜层形貌观察
        2.3.4 物相分析
    2.4 高温性能测试
第三章 锆酸盐电解液体系的优化
    3.1 Zr(SO_4)_2体系膜层制备与表征
        3.1.1 实验过程
        3.1.2 膜层的微观形貌和元素组成
    3.2 (NH_4)_2ZrF_6体系膜层的制备与表征
        3.2.1 实验过程
        3.2.2 膜层的微观形貌和元素组成
    3.3 Zr(SO_4)_2+(NH_4)_2ZrF_6复合体系膜层的制备与表征
        3.3.1 Zr-1 电解液体系的膜层微观形貌和相组成
        3.3.2 Zr-2 电解液体系的膜层微观形貌和相组成
    3.4 本章总结
第四章 TiO_2/ZrO_2微弧氧化复合陶瓷层的相组成调控及生长规律研究
    4.1 Zr-1 体系微弧氧化复合陶瓷层的相组成调控研究
        4.1.1 微弧氧化时间对陶瓷膜的相组成影响
        4.1.2 微弧氧化电压对陶瓷膜的相组成影响
        4.1.3 锆盐浓度对陶瓷膜的相组成影响
    4.2 Zr-2 体系膜层的相组成调控研究
        4.2.1 微弧氧化时间对陶瓷膜相组成的影响
        4.2.2 微弧氧化电压对陶瓷膜相组成的影响
        4.2.3 电解液浓度对陶瓷层相组成的影响
    4.3 成膜机理
    4.4 Zr-1 体系微弧氧化复合陶瓷层的生长规律研究
        4.4.1 Zr-1 体系膜层的生长动力学
        4.4.2 时间对Zr-1 膜层微观形貌的影响
        4.4.3 电压对Zr-1 膜层微观形貌的影响
        4.4.4 锆盐浓度对Zr-1 膜层微观形貌的影响
    4.5 Zr-2 体系微弧氧化复合陶瓷层的生长规律研究
        4.5.1 Zr-2 体系微弧氧化复合陶瓷层的生长动力学
        4.5.2 时间对Zr-2 膜层微观形貌的影响
        4.5.3 电压对Zr-2 膜层微观形貌的影响
        4.5.4 锆盐浓度对微弧氧化膜层微观形貌的影响
        4.5.5 讨论
    4.6 本章小结
第五章 复合锆盐体系电参数的优化
    5.1 正交试验
    5.2 正交试验结果分析
第六章 TiO_2/ZrO_2复合陶瓷膜的高温氧化行为
    6.1 500℃下的高温氧化行为
        6.1.1 氧化动力学
        6.1.2 高温氧化后陶瓷膜层的表面形貌
        6.1.3 高温氧化后的截面形貌
        6.1.4 陶瓷膜高温氧化过程分析
    6.2 陶瓷膜的热震性能
    6.3 陶瓷膜在不同温度下的高温氧化行为
        6.3.1 氧化动力学
        6.3.2 陶瓷膜氧化后的形貌
        6.3.3 陶瓷膜氧化机理
    6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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[2]钛合金微弧氧化陶瓷膜层的制备及高温氧化行为[D]. 郝国栋.哈尔滨工业大学 2008
[3]Ti6Al4V合金微弧氧化涂层的形成机制与摩擦学行为[D]. 王亚明.哈尔滨工业大学 2006
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本文编号：3245731