不同粒度Al粉对纯钛复合微弧氧化膜结构、力学性能和抗氧化性能的影响

发布时间：2017-09-06 14:13

  本文关键词：不同粒度Al粉对纯钛复合微弧氧化膜结构、力学性能和抗氧化性能的影响

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【摘要】：本文通过向电解液(Na2SiO3 6g/L,NaOH 0.5g/L,(NaPO3)6 5g/L)中添加不同粒度的Al粉制备出纯钛复合微弧氧化膜层,通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、电子天平,对纯钛复合微弧氧化膜层磨损前后的微观结构、组成成分、磨损失重以及高温氧化前后的微观结构、组成成分、氧化增重、膜层硬度,进行观察和分析。研究不同粒度Al粉对纯钛复合微弧氧化膜微观结构,膜层硬度,耐磨性能,高温抗氧化性能的影响。主要的工艺和实验条件如下,在固定工艺参数电流密度4.2A/dm2,电解液为Na2SiO3 6g/L,NaOH 0.5g/L,(NaPO3)6 5g/L的条件下,在分别添加纳米Al粉、微米Al粉、200目Al粉的电解液中制备纯钛复合微弧氧化膜层,三种Al粉尺寸分别是50nm、10μm、74μm。在载荷3.1N,对磨时间20min的条件下使用磨损试验机分别对膜层进行摩擦磨损试验;在温度750oC,氧化时间100h的条件下使用高温氧化炉对膜层进行高温抗氧化试验。研究结果表明:(1)随着电解液中纳米Al粉含量从0g/L增加到5g/L,微弧氧化终止电压从448V增加到528V,微弧氧化膜层表面的微孔减少,致密性提高,厚度也越大,氧化膜的硬度从811HV升高到1368HV。摩擦磨损系数减小,摩擦系数从0.6减小至0.38,其中当纳米Al粉含量为5g/L时摩擦系数最小;高温氧化增重大幅度减小,从2.8mg/cm2减小至0.2mg/cm2,表面形貌没有发生很大的改变。(2)随着电解液中添加微米Al粉含量从0g/L增加到5g/L,微弧氧化终止电压从448V增加到472V,膜层表面有较多的微凸体,使表面粗糙度增大。膜层厚度增大,膜内存在较多孔洞,氧化膜硬度从811HV增大到920HV。当微米Al粉含量为1g/L时,摩擦系数最小,由0.6减小至0.5,当Al粉含量较高时,磨损表面有较明显的裂纹及断裂片,磨损质量整体呈增大趋势,Al粉含量为5g/L时,磨损质量由1.0mg增大至1.4mg。当微米Al粉含量为1g/L时,高温氧化增重从2.8mg/cm2减小至2.3mg/cm2,氧化增重变化不大,继续增加Al粉含量,高温氧化后膜层发生严重剥落,未剥落的氧化表面出现结块现象,表现为有尺寸较大的氧化形貌。(3)随着电解液中200目Al粉含量从0g/L增加到5g/L,微弧氧化终止电压从448V增加到467V,膜层表面形成许多蘑菇状的突起,微弧氧化膜的厚度增大但膜层疏松多孔。随着Al粉含量的增加膜层硬度先增大后减小,200目Al粉含量为3g/L时膜层硬度值最大,为1067HV。低含量的Al粉的添加使微弧氧化膜摩擦磨损系数减小,含量高的摩擦系数增大,当200目Al粉含量为1g/L时,摩擦系数由0.6减小至0.5左右,Al粉含量为3g/L和5g/L时,摩擦系数为0.6左右。磨损表面存在较明显的裂纹。添加200目Al粉后磨损质量减小,Al粉为1g/L时氧化膜磨损质量最小,为0.6mg。Al粉含量为3g/L时高温氧化增重最小,由2.8mg/cm2减小至1.6mg/cm2,膜层表面存在颗粒尺寸变大的氧化形貌,但未出现明显剥落现象。
【关键词】：不同粒度Al粉 复合微弧氧化 微观结构 力学性能 抗氧化性能
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG178
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 引言9
• 1.2 钛及钛合金的特点及应用现状9-13
• 1.2.1 钛及钛合金的特点9-11
• 1.2.2 钛及钛合金的应用现状11-12
• 1.2.3 表面处理技术12-13
• 1.3 微弧氧化技术13-16
• 1.3.1 微弧氧化的原理及特点13-15
• 1.3.2 微弧氧化特点15
• 1.3.3 钛及钛合金的微弧氧化现状15-16
• 1.4 主要研究内容16-18
• 1.4.1 选题目的及意义16-17
• 1.4.2 课题研究的主要内容17-18
• 第2章 实验材料及方法18-22
• 2.1 实验材料及设备18-19
• 2.1.1 实验材料及要药品18
• 2.1.2 实验设备18-19
• 2.2 实验方案19-22
• 2.2.1 实验技术路线19-20
• 2.2.2 分析测试方法20-22
• 第3章 不同粒度Al改性纯钛微弧氧化膜的制备22-40
• 3.1 引言22
• 3.2 纳米Al粉对纯钛微弧氧化的影响22-28
• 3.2.1 纳米Al粉对氧化膜生长特性的影响23-24
• 3.2.2 纳米Al粉对氧化膜形貌及成分的影响24-27
• 3.2.4 纳米Al粉对氧化膜硬度的影响27-28
• 3.3 微米Al粉对纯钛微弧氧化的影响28-33
• 3.3.1 微米Al粉对氧化膜生长特性的影响28-29
• 3.3.2 微米Al粉对氧化膜形貌的影响29-32
• 3.3.3 微米Al粉对氧化膜硬度的影响32-33
• 3.4 200目Al粉对纯钛微弧氧化的影响33-38
• 3.4.1 200目Al粉对氧化膜生长特性的影响33-34
• 3.4.2 200目Al粉对氧化膜形貌的影响34-37
• 3.4.3 200目Al粉对氧化膜硬度的影响37-38
• 3.5 本章小结38-40
• 第4章 不同粒度Al对纯钛微弧氧化膜摩擦性能的影响40-53
• 4.1 引言40
• 4.2 纳米Al粉对微弧氧化膜摩擦磨损性能的影响40-44
• 4.2.1 纳米Al粉对氧化膜摩擦系数的影响40-41
• 4.2.2 纳米Al粉对氧化膜磨损形貌的影响41-43
• 4.2.3 纳米Al粉对氧化膜磨损质量的影响43-44
• 4.3 微米Al粉对微弧氧化膜摩擦磨损性能的影响44-48
• 4.3.1 微米Al粉对氧化膜摩擦系数的影响44-45
• 4.3.2 微米Al粉对氧化膜摩擦磨损形貌的影响45-47
• 4.3.3 微米Al粉对氧化膜摩擦磨损质量的影响47-48
• 4.4 200目Al粉对微弧氧化膜摩擦磨损性能的影响48-51
• 4.4.1 200目Al粉氧化膜摩擦系数的影响48-49
• 4.4.2 200目Al粉对氧化膜磨损形貌的影响49-50
• 4.4.3 200目Al粉对氧化膜磨损量的影响50-51
• 4.5 本章小结51-53
• 第5章 不同粒度Al对纯钛微弧氧化膜高温抗氧化性能的影响53-68
• 5.1 引言53
• 5.2 纳米Al粉对微弧氧化膜高温抗氧化性能的影响53-58
• 5.2.1 纳米Al粉对氧化膜高温氧化动力学曲线的影响53-54
• 5.2.2 纳米Al粉对氧化膜高温氧化后形貌的影响54-56
• 5.2.3 纳米Al粉对氧化膜高温氧化后相组成的影响56-58
• 5.3 微米Al粉对微弧氧化膜高温抗氧化性能的影响58-63
• 5.3.1 微米Al粉对氧化膜高温氧化动力学曲线的影响58-59
• 5.3.2 微米Al粉对氧化膜高温氧化后形貌的影响59-61
• 5.3.3 微米Al粉对氧化膜高温氧化后相组成的影响61-63
• 5.4 200目Al粉对微弧氧化膜抗高温氧化性能的影响63-67
• 5.4.1 200目Al粉对氧化膜高温氧化动力学曲线的影响63-64
• 5.4.2 200目Al粉对氧化膜高温氧化后形貌的影响64-65
• 5.4.3 200目Al粉对氧化膜高温氧化后相组成的影响65-67
• 5.5 本章小结67-68
• 第6章 结论68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74

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