钛合金微弧氧化膜层的制备工艺及其耐磨性能优化研究
发布时间：2021-04-26 17:01
钛及其合金虽然在航空航天、舰船制造等领域有着广泛应用,但其表面硬度低,耐磨性差,这限制了其在机械传动领域的应用。为了扩大其应用范围,本文通过改变电解液体系和优化微弧氧化工艺参数在TA2基体表面制备耐磨性较好的微弧氧化膜层,并探索微弧氧化膜层在边界润滑条件下的耐磨性。不同电解液体系制备的微弧氧化膜层性能差异较大。首先,研究了在单一电解液体系制备的微弧氧化膜层的耐磨性。在铝酸盐电解液体系中,微弧氧化膜层的生长包括基体的氧化和电解质的沉积,膜层由钛酸铝、金红石和氧化铝组成,膜层的厚度和表面粗糙度最小,硬度最大,磨损率最低;在磷酸盐电解液体系中,微弧氧化膜层的生长主要为基体的氧化,膜层由锐钛矿和金红石组成;在硅酸盐电解液体系中,微弧氧化膜层的生长主要为电解质的沉积,膜层由非晶相二氧化硅、锐钛矿和金红石组成,膜层的厚度和表面粗糙度最大,硬度最小,磨损率最大。其次,探索了在铝酸盐和磷酸盐的复合电解液体系中制备的微弧氧化膜层的耐磨性,随着磷酸钠浓度的增加,微弧氧化膜层的厚度增加,硬度下降,磨损率增加。在铝酸盐电解液体系制备的微弧氧化膜层耐磨性最佳,通过正交试验得到在该电解液体系中制备微弧氧化膜层的最...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 钛及其合金的表面处理技术
1.3 微弧氧化技术简介
1.4 微弧氧化膜层耐磨性影响因素
1.4.1 电解液体系
1.4.2 电解液浓度
1.4.3 电源模式及电参数
1.4.4 氧化时间
1.5 油润滑条件下微弧氧化膜层的摩擦学性能
1.6 本文研究目的及内容
1.6.1 研究目的
1.6.2 研究内容
第2章 实验内容与测试方法
2.1 实验材料及设备
2.1.1 实验材料
2.1.2 实验设备
2.2 微弧氧化膜层制备
2.3 膜层分析与表征
2.3.1 膜层厚度表征
2.3.2 膜层相组成分析
2.3.3 膜层硬度测量
2.3.4 膜层接触角测量
2.3.5 膜层形貌分析
2.3.6 膜层摩擦学性能测试
2.4 本章小结
第3章 电解液体系对微弧氧化膜层性能的影响
3.1 微弧氧化膜层的制备与表征方法
3.2 单一电解液体系对微弧氧化膜层组织结构与生长行为的影响
3.2.1 微弧氧化膜层的表面形貌
3.2.2 微弧氧化膜层的截面形貌
3.2.3 微弧氧化膜层的相组成
3.2.4 微弧氧化膜层的生长机理
3.2.5 微弧氧化膜层的厚度与表面粗糙度
3.3 单一电解液体系对微弧氧化膜层摩擦学性能的影响
3.3.1 微弧氧化膜层的硬度
3.3.2 微弧氧化膜层的摩擦系数
3.3.3 微弧氧化膜层的磨痕形貌与磨损率
3.4 复合电解液体系的选择
3.5 复合电解液体系对微弧氧化膜层组织结构的影响
3.5.1 微弧氧化反应的电流-时间曲线
3.5.2 微弧氧化膜层的厚度与表面粗糙度
3.5.3 微弧氧化膜层的相组成
3.5.4 微弧氧化膜层的表面形貌
3.5.5 微弧氧化膜层的截面形貌
3.6 复合电解液体系对微弧氧化膜层摩擦学性能的影响
3.6.1 微弧氧化膜层的硬度
3.6.2 微弧氧化膜层的摩擦系数
3.6.3 微弧氧化膜层的磨痕形貌与磨损率
3.7 本章小结
第4章 微弧氧化工艺参数优化与膜层耐磨性评价
4.1 微弧氧化工艺参数的优化
4.1.1 膜层耐磨性影响因素的选择
4.1.2 正交试验的设计
4.2 正交试验结果与分析
4.2.1 微弧氧化膜层的摩擦系数
4.2.2 微弧氧化膜层的磨损率
4.2.3 微弧氧化最优工艺参数的确定
4.3 最优工艺参数制备的微弧氧化膜层性能评价
4.3.1 微弧氧化膜层的表面形貌和截面形貌
4.3.2 微弧氧化膜层的相组成
4.3.3 微弧氧化膜层的磨痕形貌
4.4 本章小结
第5章 微弧氧化膜层在边界润滑条件下的摩擦学性能
5.1 引言
5.2 微弧氧化膜层的表面形貌
5.3 润滑油与微弧氧化膜层的接触角
5.4 微弧氧化膜层的润滑状态
5.5 微弧氧化膜层在边界润滑条件下的摩擦系数
5.5.1 微弧氧化膜层与GCr15对磨球在边界润滑条件下的摩擦系数
2O3对磨球在边界润滑条件下的摩擦系数"> 5.5.2 微弧氧化膜层与Al2O3对磨球在边界润滑条件下的摩擦系数
5.6 微弧氧化膜层在边界润滑条件下的磨痕形貌
5.6.1 微弧氧化膜层与GCr15对磨球在边界润滑条件下的磨痕形貌
2O3对磨球在边界润滑条件下的磨痕形貌"> 5.6.2 微弧氧化膜层与Al2O3对磨球在边界润滑条件下的磨痕形貌
5.7 微弧氧化膜层在边界润滑条件下的摩擦示意图
5.8 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC4钛合金基体无氰镀铜工艺及镀铜层的性能[J]. 尚长沛,张松泓,张家瑞. 电镀与环保. 2019(04)
[2]硅酸钠浓度对Ti3Al基合金微弧氧化层生长及其摩擦磨损性能的影响[J]. 贾文婷,王文波,田林海,王晓云,常勇强,张伟樯,聂勇. 表面技术. 2019(07)
[3]微弧氧化膜封孔技术研究进展[J]. 刘朋,刘群峰,黄德群,顾珩,刘志聃. 表面技术. 2019(07)
[4]铝酸盐溶液对TiAl合金微弧氧化膜生长和膜层特性的影响[J]. 李夕金,薛文斌. 表面技术. 2019(07)
[5]钛合金表面高硬度微弧氧化膜的制备和耐磨性研究[J]. 齐玉明,彭振军,刘百幸,梁军,王鹏. 表面技术. 2019(07)
[6]微弧氧化时间对TA15合金陶瓷膜表面形貌和性能的影响[J]. 王先,于思荣,赵严,张鹏,刘恩洋,熊伟. 材料导报. 2019(12)
[7]磷酸盐对钛合金MAO陶瓷涂层抗高温氧化性能的影响[J]. 李学伟,朱志众,田宏,张上上. 黑龙江科技大学学报. 2019(02)
[8]渗硼剂粒径对钛合金渗硼层组织和性能的影响[J]. 衣晓红,李凤华,袁建鹏,王玉,刘安强. 热喷涂技术. 2018(04)
[9]TC4合金微弧氧化膜的摩擦磨损性能及其失效机理研究[J]. 刘百幸,彭振军,梁军. 摩擦学学报. 2019(01)
[10]金属微弧氧化功能陶瓷涂层设计制备与使役性能研究进展[J]. 王亚明,邹永纯,王树棋,陈国梁,欧阳家虎,魏大庆,贾德昌,周玉. 中国表面工程. 2018(04)
博士论文
[1]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
硕士论文
[1]基于配方试验研究电解液对微弧氧化膜层微观结构和性能的影响[D]. 张青菊.兰州理工大学 2019
[2]锆盐体系AZ91D镁合金微弧氧化制备自封闭膜层研究[D]. 任朋军.长安大学 2015
[3]不同电源模式下的镁合金微弧氧化工艺研究[D]. 彭飞.兰州理工大学 2012
[4]ZK60镁合金微弧氧化复合电解液工艺及膜层组织和性能研究[D]. 王泽鑫.江苏科技大学 2011
[5]TC4钛合金微弧氧化膜层的摩擦性能研究[D]. 宁铮.南昌航空大学 2010
[6]钛合金微弧氧化表面改性耐磨性研究[D]. 贾锁杰.西安建筑科技大学 2007
[7]铝合金微弧氧化工艺研究与机理分析[D]. 刘荣明.内蒙古工业大学 2007
本文编号：3161780
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 钛及其合金的表面处理技术
1.3 微弧氧化技术简介
1.4 微弧氧化膜层耐磨性影响因素
1.4.1 电解液体系
1.4.2 电解液浓度
1.4.3 电源模式及电参数
1.4.4 氧化时间
1.5 油润滑条件下微弧氧化膜层的摩擦学性能
1.6 本文研究目的及内容
1.6.1 研究目的
1.6.2 研究内容
第2章 实验内容与测试方法
2.1 实验材料及设备
2.1.1 实验材料
2.1.2 实验设备
2.2 微弧氧化膜层制备
2.3 膜层分析与表征
2.3.1 膜层厚度表征
2.3.2 膜层相组成分析
2.3.3 膜层硬度测量
2.3.4 膜层接触角测量
2.3.5 膜层形貌分析
2.3.6 膜层摩擦学性能测试
2.4 本章小结
第3章 电解液体系对微弧氧化膜层性能的影响
3.1 微弧氧化膜层的制备与表征方法
3.2 单一电解液体系对微弧氧化膜层组织结构与生长行为的影响
3.2.1 微弧氧化膜层的表面形貌
3.2.2 微弧氧化膜层的截面形貌
3.2.3 微弧氧化膜层的相组成
3.2.4 微弧氧化膜层的生长机理
3.2.5 微弧氧化膜层的厚度与表面粗糙度
3.3 单一电解液体系对微弧氧化膜层摩擦学性能的影响
3.3.1 微弧氧化膜层的硬度
3.3.2 微弧氧化膜层的摩擦系数
3.3.3 微弧氧化膜层的磨痕形貌与磨损率
3.4 复合电解液体系的选择
3.5 复合电解液体系对微弧氧化膜层组织结构的影响
3.5.1 微弧氧化反应的电流-时间曲线
3.5.2 微弧氧化膜层的厚度与表面粗糙度
3.5.3 微弧氧化膜层的相组成
3.5.4 微弧氧化膜层的表面形貌
3.5.5 微弧氧化膜层的截面形貌
3.6 复合电解液体系对微弧氧化膜层摩擦学性能的影响
3.6.1 微弧氧化膜层的硬度
3.6.2 微弧氧化膜层的摩擦系数
3.6.3 微弧氧化膜层的磨痕形貌与磨损率
3.7 本章小结
第4章 微弧氧化工艺参数优化与膜层耐磨性评价
4.1 微弧氧化工艺参数的优化
4.1.1 膜层耐磨性影响因素的选择
4.1.2 正交试验的设计
4.2 正交试验结果与分析
4.2.1 微弧氧化膜层的摩擦系数
4.2.2 微弧氧化膜层的磨损率
4.2.3 微弧氧化最优工艺参数的确定
4.3 最优工艺参数制备的微弧氧化膜层性能评价
4.3.1 微弧氧化膜层的表面形貌和截面形貌
4.3.2 微弧氧化膜层的相组成
4.3.3 微弧氧化膜层的磨痕形貌
4.4 本章小结
第5章 微弧氧化膜层在边界润滑条件下的摩擦学性能
5.1 引言
5.2 微弧氧化膜层的表面形貌
5.3 润滑油与微弧氧化膜层的接触角
5.4 微弧氧化膜层的润滑状态
5.5 微弧氧化膜层在边界润滑条件下的摩擦系数
5.5.1 微弧氧化膜层与GCr15对磨球在边界润滑条件下的摩擦系数
2O3对磨球在边界润滑条件下的摩擦系数"> 5.5.2 微弧氧化膜层与Al2O3对磨球在边界润滑条件下的摩擦系数
5.6 微弧氧化膜层在边界润滑条件下的磨痕形貌
5.6.1 微弧氧化膜层与GCr15对磨球在边界润滑条件下的磨痕形貌
2O3对磨球在边界润滑条件下的磨痕形貌"> 5.6.2 微弧氧化膜层与Al2O3对磨球在边界润滑条件下的磨痕形貌
5.7 微弧氧化膜层在边界润滑条件下的摩擦示意图
5.8 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC4钛合金基体无氰镀铜工艺及镀铜层的性能[J]. 尚长沛,张松泓,张家瑞. 电镀与环保. 2019(04)
[2]硅酸钠浓度对Ti3Al基合金微弧氧化层生长及其摩擦磨损性能的影响[J]. 贾文婷,王文波,田林海,王晓云,常勇强,张伟樯,聂勇. 表面技术. 2019(07)
[3]微弧氧化膜封孔技术研究进展[J]. 刘朋,刘群峰,黄德群,顾珩,刘志聃. 表面技术. 2019(07)
[4]铝酸盐溶液对TiAl合金微弧氧化膜生长和膜层特性的影响[J]. 李夕金,薛文斌. 表面技术. 2019(07)
[5]钛合金表面高硬度微弧氧化膜的制备和耐磨性研究[J]. 齐玉明,彭振军,刘百幸,梁军,王鹏. 表面技术. 2019(07)
[6]微弧氧化时间对TA15合金陶瓷膜表面形貌和性能的影响[J]. 王先,于思荣,赵严,张鹏,刘恩洋,熊伟. 材料导报. 2019(12)
[7]磷酸盐对钛合金MAO陶瓷涂层抗高温氧化性能的影响[J]. 李学伟,朱志众,田宏,张上上. 黑龙江科技大学学报. 2019(02)
[8]渗硼剂粒径对钛合金渗硼层组织和性能的影响[J]. 衣晓红,李凤华,袁建鹏,王玉,刘安强. 热喷涂技术. 2018(04)
[9]TC4合金微弧氧化膜的摩擦磨损性能及其失效机理研究[J]. 刘百幸,彭振军,梁军. 摩擦学学报. 2019(01)
[10]金属微弧氧化功能陶瓷涂层设计制备与使役性能研究进展[J]. 王亚明,邹永纯,王树棋,陈国梁,欧阳家虎,魏大庆,贾德昌,周玉. 中国表面工程. 2018(04)
博士论文
[1]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
硕士论文
[1]基于配方试验研究电解液对微弧氧化膜层微观结构和性能的影响[D]. 张青菊.兰州理工大学 2019
[2]锆盐体系AZ91D镁合金微弧氧化制备自封闭膜层研究[D]. 任朋军.长安大学 2015
[3]不同电源模式下的镁合金微弧氧化工艺研究[D]. 彭飞.兰州理工大学 2012
[4]ZK60镁合金微弧氧化复合电解液工艺及膜层组织和性能研究[D]. 王泽鑫.江苏科技大学 2011
[5]TC4钛合金微弧氧化膜层的摩擦性能研究[D]. 宁铮.南昌航空大学 2010
[6]钛合金微弧氧化表面改性耐磨性研究[D]. 贾锁杰.西安建筑科技大学 2007
[7]铝合金微弧氧化工艺研究与机理分析[D]. 刘荣明.内蒙古工业大学 2007
本文编号：3161780
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