钛合金微弧氧化
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钛合金微弧氧化膜厚钛合金是一种具有优异性能的金属材料,其微弧氧化膜厚是指在钛合金表面形成的一层氧化膜的厚度。
微弧氧化是一种通过在电解液中施加高压电弧放电来形成氧化膜的表面处理技术。
钛合金具有很高的强度和耐腐蚀性能,因此广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域。
然而,钛合金表面的氧化膜厚度对其性能有着重要影响。
下面将从不同角度探讨钛合金微弧氧化膜厚的影响因素及其应用。
钛合金微弧氧化膜厚的影响因素主要包括电解液成分、放电电压、电解液温度等。
不同的电解液成分会导致不同的氧化膜厚度,如硫酸盐电解液可形成较厚的氧化膜,而磷酸盐电解液则形成较薄的氧化膜。
电解液温度的升高可以增加氧化膜的厚度,而放电电压的增加也会导致氧化膜厚度的增加。
钛合金微弧氧化膜厚的变化对其性能有着重要影响。
一般来说,较厚的氧化膜能够提供更好的耐腐蚀性能和耐磨损性能,同时也能够增加钛合金的表面硬度。
然而,过厚的氧化膜可能会导致氧化膜的结构不稳定,从而降低其性能。
钛合金微弧氧化膜厚的控制方法有很多种。
首先,可以通过调整电解液成分和电解液温度来控制氧化膜的厚度。
其次,可以通过调整放电电压和放电时间来控制氧化膜的厚度。
此外,还可以通过改变微弧氧化工艺参数来控制氧化膜的厚度。
钛合金微弧氧化膜厚的变化对其应用领域也有着重要影响。
在航空航天领域,较厚的氧化膜可以提供更好的耐腐蚀性能和耐磨损性能,从而延长钛合金零件的使用寿命。
在汽车制造领域,微弧氧化可以为汽车外观提供不同颜色和纹理的表面,从而增加汽车的美观性和附加值。
在医疗器械领域,微弧氧化膜可以提高钛合金医疗器械的表面硬度和耐腐蚀性能,从而提高其使用寿命和安全性。
钛合金微弧氧化膜厚是一项重要的表面处理技术,对钛合金材料的性能和应用有着重要影响。
通过调整电解液成分、放电电压和工艺参数等控制方法,可以实现钛合金微弧氧化膜厚的精确控制。
钛合金微弧氧化膜厚的变化对其性能和应用有着重要影响,因此在具体应用中需要根据实际需求进行选择和调整。
钛合金黑色微弧氧化
摘要:
1.钛合金黑色微弧氧化的简介
2.钛合金黑色微弧氧化的优点
3.钛合金黑色微弧氧化的应用领域
4.钛合金黑色微弧氧化的未来发展前景
正文:
钛合金黑色微弧氧化是一种新型表面处理技术,主要适用于钛合金等高性能金属材料的表面处理。
该技术通过微弧放电产生的高温高能量等离子体,使金属材料表面发生氧化反应,形成一层具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性的黑色氧化膜。
钛合金黑色微弧氧化具有以下优点:
首先,提高硬度和耐磨性。
经过微弧氧化处理后的钛合金表面硬度可以达到HV500-800,耐磨性比未处理前提高数十倍,大大提高了零件的使用寿命。
其次,增强耐腐蚀性。
氧化膜具有良好的耐腐蚀性能,可有效保护基体材料免受腐蚀介质的侵蚀,延长使用寿命。
再次,良好的抗疲劳性能。
微弧氧化膜具有较高的内应力和良好的韧性,可有效改善基体材料的抗疲劳性能,提高零件的使用寿命。
钛合金黑色微弧氧化技术已广泛应用于航空航天、医疗器械、化工、电子等领域。
在航空航天领域,该技术可用于提高飞机发动机叶片、机翼等部件的耐磨性和抗疲劳性能;在医疗器械领域,可用于提高钛合金人工关节、牙科种
植体等产品的耐腐蚀性和耐磨性;在化工领域,可用于提高钛合金泵、阀门等设备的使用寿命。
随着科技的发展和市场需求的提高,钛合金黑色微弧氧化技术在未来有着广阔的发展前景。
在航空航天、医疗器械等领域对高性能金属材料的需求不断增加,钛合金黑色微弧氧化技术将得到更广泛的应用。
轻金属表表面处理0908030227彭睿钛合金的微弧氧化关键词钛合金微弧氧化氧化膜摘要:着科学技术的发展与进步,钛及其合金的应用越来越广泛,虽然它们具有很多优良的性能,但其表面的耐磨、耐蚀性能还不能满足某些关键零部件的要求,尤其在航天、航空领域,微弧氧化技术的出现则较好地解决了这个问题。
本文介绍了钛合金的微弧氧化基本原理、氧化膜特点、对氧化膜的影响因素、以及发展前景和一些问题。
前言:钛合金是一种以钛为基加入适量其他合金元素组成的合金,耐海水腐蚀性能优异。
它具有重量轻、比强度大、热稳定性好等优良的综合性能,广泛应用于航空、航天以及民用工业中。
但美中不足的是钛合金的表面硬度较低、耐磨性及耐腐蚀较差,特别是钛合金与其它金属接触时很容易发生接触腐蚀,严重制约了其进一步应用,为此国内外先后对钛合金表面进行了改性研究,以提高其表面性能。
传统的表面改性技术有阳极氧化、PVD/CVD、离子注入、热喷涂及热氧化法等。
钛合金阳极氧化膜厚度一般小于1um,达到2~3um已属不易,而且硬度较低,因此有必要发展新的低成本高性能的涂层制备技术。
微弧氧化这一高新技术综合地解决了上述难题。
微弧氧化又称微等离子体氧化,是通过电解液与相应电参数的组合,在铝、镁、钛及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用,生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。
微弧氧化的概况早在20世纪30年代初德国科学家A.Gunterschulze和H.Betz第一次报道了在高电场下浸在液体里的金属表面出现火花放电现象,火花对氧化膜具有破坏作用,在没有发现产生硬质层的条件下,做出了“为了得到高质量的涂层,就不应该用高于出现火花时的电压”的结论,但他们为火花阳极氧化奠定了初步的理论基础。
这一观点一直延续到20世纪70年代,尽管少数学者对这一现象持保留观点,但始终没能彻底改变这个结论。
1969年,前苏联科学家G.A.Markov在向铝及铝合金材料施加高于火花区电压时,突破性地获得了高质量的氧化膜,这种膜层具有很好的耐磨性和耐腐蚀性,他把这种在微电弧条件下通过氧化获得涂层的过程称为微弧氧化(Microarc Oxidation,MAO)。
钛合金微弧氧化电源要求标准钛合金微弧氧化(MAO)是一种在钛合金表面形成致密、坚固和耐腐蚀的氧化层的表面处理技术。
通过在钛合金表面形成微米级的氧化层,可以显著提高钛合金的表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。
在进行钛合金微弧氧化处理时,电源的要求标准是十分关键的。
1. 电源的稳定性钛合金微弧氧化过程需要一定的电能来形成氧化层。
电源的稳定性是至关重要的。
任何电源的波动或不稳定性都可能导致氧化层的质量和厚度不均匀,从而影响到最终的表面性能。
一台优质的电源应具有出色的稳定性和可靠性,可以确保在整个微弧氧化过程中提供稳定的电能输出。
2. 电源的调节性在钛合金微弧氧化过程中,氧化层的厚度和质量通常需要进行精确的控制。
电源应具有良好的调节性,可以根据工艺要求调节电能输出,以满足不同的处理需求。
一个灵活性强的电源,能够满足不同厚度和质量要求的氧化层形成,提高了微弧氧化工艺的可控性和适用性。
3. 电源的安全性由于在微弧氧化过程中使用的是高压电源,因此电源的安全性是至关重要的。
一台优质的电源应具有完善的安全保护系统,能够有效地避免因电气故障或操作失误而导致的安全事故。
对于操作人员来说,电源的安全性也意味着操作简单、易懂,减少了操作失误的可能性。
4. 电源的节能环保性节能环保一直是现代工业发展的重要方向,钛合金微弧氧化工艺也不例外。
电源的节能环保性也应成为选择的重要考量。
一台高效节能的电源可以降低微弧氧化工艺的能耗,减少对环境的影响,符合可持续发展的要求。
在选择钛合金微弧氧化电源时,以上几点是需要重点考虑的标准。
只有在电源的稳定性、调节性、安全性和节能环保性都得到满足的情况下,才能确保微弧氧化工艺的稳定可靠,并获得高质量的氧化层形成。
在钛合金微弧氧化工艺中,电源的要求标准是决定最终产品质量的关键因素。
一台高质量的电源应具有稳定性、调节性、安全性和节能环保性,以确保微弧氧化工艺的稳定可靠和高效节能。
对于制造商来说,选择合适的微弧氧化电源不仅可以提高生产效率,还能够降低能耗和环境影响,实现经济效益和社会效益的双赢。
不同NaOH浓度对TC4钛合金微弧氧化的影响TC4钛合金是一种具有优良机械性能和耐腐蚀性能的材料,在航空、汽车、医疗等领域得到广泛应用。
微弧氧化技术是一种新型表面处理技术,能够在金属表面形成一层具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀性能的陶瓷涂层,提高材料的使用寿命。
在微弧氧化过程中,NaOH作为电解液起着重要的作用。
本文将探讨不同NaOH浓度对TC4钛合金微弧氧化的影响。
首先,NaOH浓度对微弧氧化处理后的涂层厚度有重要影响。
当NaOH浓度增加,电解液的离子浓度增大,且电导率提高,能量密度也有变化,因此可以改变涂层的形成速率。
实验结果表明,NaOH浓度从0.5M增加到1M,微弧氧化处理后的涂层厚度由4.4μm增加到5.2μm,涂层厚度随NaOH浓度的增加呈现出先增加后降低的趋势。
但是,当NaOH浓度继续增加到2M时,涂层厚度变薄,且涂层表面粗糙度增加。
这是因为高浓度NaOH电解液中,离子浓度过高,产生局部气泡并激发金属的局部腐蚀,导致涂层表面的结晶不完整,甚至出现裂纹和孔洞。
其次,NaOH浓度对微弧氧化处理后的涂层颜色有直接影响。
微弧氧化涂层的颜色主要由TiO2的晶型和厚度决定。
实验表明,当NaOH浓度从0.5M提高到1.5M时,可以得到较厚的涂层和较深的颜色,且涂层呈现出一定的透明性;而当NaOH浓度继续增加到2M时,涂层颜色变为灰白色,同时涂层的透明性明显降低。
这是由于高浓度NaOH电解液对微弧氧化过程中产生的TiO2物种具有明显的钝化作用,导致晶体生长速度变缓,使得涂层中存在大量的非晶态物种,从而降低了涂层的透明性。
再次,NaOH浓度对微弧氧化涂层的耐腐蚀性能有重要影响。
实验结果表明,NaOH浓度增加可以增强涂层的耐腐蚀性。
当NaOH浓度从0.5M增加到1.5M时,涂层的耐腐蚀性能得到了明显的提高。
原因在于NaOH浓度增加可以提高涂层内部的颗粒分布和晶体结构的规整性,降低了涂层的孔隙率,减少了电子的传输阻力,同时增加了涂层的抗腐蚀性。
钛合金的表面强化技术钛合金是一种高强度、高耐腐蚀性的金属材料,广泛应用于航空、航天、医疗、化工等领域。
然而,由于其表面硬度和耐磨性较低,容易受到磨损和划伤,因此需要采取表面强化技术来提高其性能。
下面介绍几种常见的钛合金表面强化技术。
1. 氮化处理氮化处理是目前应用最广泛的表面强化技术之一。
通过在钛合金表面形成氮化层来提高其硬度和耐磨性。
氮化处理分为等离子氮化和氨气氮化两种类型。
等离子氮化是指将钛合金放置在高温下,使氮气分解并离子化,产生负离子氮,形成氮化层。
氨气氮化是指将钛合金表面覆盖一层氮化物衬底,在高温下将氨气注入气氛中,通过扩散形成氮化层。
氮化处理能使钛合金表面硬度提高两倍以上,耐磨性和抗疲劳性能也有所提高。
2. 碳化处理碳化处理是将钛合金表面涂覆一层碳质细粉,然后在高温下使其扩散反应,形成一层碳化物。
碳化处理能够提高钛合金表面硬度,降低磨损和摩擦系数,增加其使用寿命。
但碳化层较脆,容易开裂和脱落,需要加强边角区域的保护。
3. 氟化处理氟化处理是将钛合金表面涂覆一层氟聚合物,然后在高温下使其分解,形成一层氟化物膜。
氟化膜具有很好的防腐蚀性能和润滑性能,能够降低钛合金表面的磨擦和磨损,延长其使用寿命。
但氟化处理容易受到环境中的杂质和污染物的影响,需要在清洗前进行处理。
4. 微弧氧化处理微弧氧化处理是一种在电解液中加高电压,使钛合金表面产生氧化层的技术。
氧化层硬度高、耐磨性好、耐蚀性强,在航空、航天等领域具有广泛的应用。
但微弧氧化处理需要掌握处理参数,对处理设备的要求比较高,成本也相对较高。
总之,钛合金表面强化技术为钛合金的应用提供了重要的支撑。
在实际应用中需要根据具体情况选择合适的强化技术,对钛合金表面进行处理,以提高其性能和使用寿命。
钛合金作为一种高强度、高耐腐蚀性的金属材料,已经被广泛应用于航空、航天、医疗、化工等领域。
下面列举了一些与钛合金有关的数据,进行详细分析。
1. 钛合金的硬度钛合金的硬度与其合金成分、制备工艺、热处理等因素有关。
钛合金微弧氧化膜厚钛合金是一种具有优异性能的金属材料,广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
为了进一步提升钛合金的表面性能,微弧氧化技术被广泛应用于钛合金的表面处理中。
微弧氧化是一种通过在电解液中形成微弧放电来处理金属表面的技术,可以在钛合金表面形成一层均匀且致密的氧化膜。
本文将从微弧氧化膜的厚度方面进行探讨。
微弧氧化膜的厚度对钛合金的性能有着重要影响。
一般来说,微弧氧化膜的厚度与氧化时间密切相关。
氧化时间越长,膜的厚度越大。
而膜的厚度直接影响着钛合金的耐腐蚀性能、硬度和耐磨性能等。
研究表明,当微弧氧化膜的厚度在20-40微米范围内时,钛合金的耐腐蚀性能和硬度能够得到有效提升。
因此,在实际应用中,可根据具体需求来控制微弧氧化膜的厚度。
微弧氧化膜的厚度不仅与氧化时间有关,还与电解液的成分和工艺参数有关。
电解液的成分、浓度和温度等因素都会影响微弧氧化过程中膜的生长速度和厚度。
例如,提高电解液的浓度和温度可以加快膜的生长速度,从而获得更厚的氧化膜。
此外,微弧氧化过程中的工艺参数,如电压、电流和处理时间等,也会对膜的厚度产生影响。
因此,在进行微弧氧化处理时,需要合理选择电解液成分和工艺参数,以得到所需的膜厚度。
微弧氧化膜的厚度还会影响其它性能指标,如颜色和摩擦系数等。
由于微弧氧化膜的厚度决定了其孔隙率和表面形貌,因此不同厚度的膜会呈现出不同的颜色。
一般来说,微弧氧化膜的颜色会随着厚度的增加而发生变化,从浅灰色到深灰色再到黑色。
需要注意的是,在微弧氧化过程中控制膜的厚度并不是一件容易的事情。
微弧氧化技术是一种复杂的物理化学过程,涉及到电化学反应、离子传输和膜的生长等多个方面。
因此,在实际操作中需要有丰富的经验和专业的知识。
同时,合理选择电解液成分和工艺参数,以及进行精确的时间控制,也是控制微弧氧化膜厚度的关键。
微弧氧化膜的厚度对钛合金的性能有着重要影响。
通过控制氧化时间、选择合适的电解液成分和工艺参数,可以获得所需的膜厚度,从而提升钛合金的耐腐蚀性能、硬度和摩擦性能等。
第37卷第6期2020年12月VoO37No.6Decembee2020Ti穀臧TC4钛合金微弧氧化膜层高温氧化性能研究郝国栋,罗丽妍,苏爽月,邵长斌,尹龙承,贾相华,郝春丽(牡丹江师范学院,黑龙江牡丹江157012)摘要:利用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金表面原位制备陶瓷膜层,并通过硅酸钠水溶液对膜层进行了封孔处理。
采用X射线衍射仪!XRD)了膜层相组成,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了膜层表面形貌。
通过伸测试,比较了膜层在封孔前后与基体的结合强度。
利用高温氧化实验,考察了TC4基体及膜层封孔前后的抗高温氧化性能。
结果表明:微弧氧化膜层与基体间的结合强度较高,经封孔处理及高温氧化100h后,膜基结合强度降低至4.29MPa%与TC4基体相比,微弧氧化膜层的高温氧化增重量小,抗高温氧化得到了显著的%封孔处理提高了微弧氧化膜层的,使其更好地阻止氧透过膜层向基体内侵入,进一步了膜层的抗高温氧化性能%关键词:TC4钛合金;微弧氧化;高温氧化;封孔中图分类号:TG174.4 ;TG146.23文献标识码:A文章编号:1009-9964(2020)0650755Strdy on High Temperatrrr OxiCation Poperty of TC4Titanium Alloy by Micro-arc OxiCation Hao Guodong,Luo Liyyn,Su Shuangyue,Shao Changbing,Yin Longcheng,Jia Xianghua,Hao Chunli(Mudanjiang Normal University,Mudanjiang157012,China)Abstract:Ceramir coatings were prepared in situ on the surfaco of TC4titanium toy by means of micro-5ro oxidation (MAO)technoloyy,and the coatings were sealed with sodium31X0001aqueous solution.The phase composition of the coatings was analyzed by X-ray dda■actometer(XRD),and the surface morpholoyy c X the coatings were observed by :oannongeoeoieon mooeo:oope(SEM).Theough ihebondongien:ooeie:i,ihebondong:ieengih beiween MAOooaiongand substrate before and a0ee sealing was ing high temperature oxidation expeemenm,the high temperature oxidation resistance(X the TC4substrate and coating sampks before and aftee sealing was investigated.The results show ihaiihebondong:ieengih beiween MAOooaiongand:ub:ieaieohogh.Aoiee:eaoongand oiodaioon aihogh iempeeaiuee ooe100h,ihebondong:ieengih ooiheooaiongdeoeea:e:paeed woih iheTC4:ub:ieaie,ihehogh iempeeaiueeoiodaioon ooihemooeo5aeooiodaioon ooaiong:o oowee,and ihehogh iempeeaiueeoiodaioon ee:oianoeo significantly improved.The sealing treatment improves the compactness of the micro-5re oxidation coating,so that it cm better prevent oxyyen from penetrating the coating int。
钛合金微弧氧化技术1.钛合金微弧氧化概述微弧氧化( Microarc oxidation,MAO) 又称微等离子体氧化(Micmplasma oxidation,MPO),由于在研究这项技术的过程中,对微弧氧化本质认识的不同,因此在发展过程中出现了不同的术语:阳极火花沉积,火花放电阳极氧化,等离子体电解阳极化处理,而一般称为微弧氧化或微等离子体氧化。
微弧氧化是指把有色金属放在电解液中,利用微弧放电在金属表面原位生长氧化膜的技术。
该氧化膜具有优良的性质,主要应用于机械、电气、汽车、武器装备、航天和航空等行业的关键零部件的表面处理,解决表面的高温烧蚀、磨损和腐蚀等问题。
比如,俄罗斯在制造洲际弹道导弹子母弹的生产过程中应用了微弧氧化技术,水上快艇高速发动机缸体下套与活塞经过微弧氧化处理后,耐磨性提高了几十倍,这些都是其它表面处理技术无法代替、无法比拟的。
早在20世纪30年代初德国科学家A.Gunterschulz和H.Betz 第一次报道了在高电场下浸在液体里的金属表面出现火花放电现象,火花对氧化膜具有破坏作用在没有发现产生硬质层的条件下,做出了“为了得到高质量的涂层,就不应该用高于出现火花时的电压”的结论,但他们为火花阳极氧化奠定了初步的理论基础。
这一观点一直延续到2 0世纪7 O年代,尽管少数学者对这一现象持保留观点,但始终没能彻底改变这个结论。
1969年,前苏联科学家G.A.Markov 在向铝及铝合金材料施加高于火花区电压时,突破性地获得了高质量的氧化膜,这种膜层具有很好的耐磨性和耐腐蚀性,他把这种在微电弧条件下通过氧化获得涂层的过程称为微弧氧化( Microarc Oxidation,MAO) 。
此后G.A. 一Markov 课题组进行大量基础性研究,并在此基础上进行了应用研究。
期间美国、德国对此技术也进行广泛的研究,其中包括实际应用。
从文献上看,美国、德国前苏联三国基本上各自独立地发展这项技术,相互之间文献引用很少。
这一技术在20世纪80年代开始在世界范围内进行广泛交流。
钛合金具有重量轻、比强度大、热稳定性好等优良的综合性能,广泛应用于航空、航天以及民用工业中。
但美中不足的是钛合金的表面硬度较低、耐磨性及耐腐蚀较差,特别是钛合金与其它金属接触时很容易发生接触腐蚀,严重制约了其进一步应用,为此国内外先后对钛合金表面进行了改性研究,以提高其表面性能。
传统的表面改性技术有阳极氧化、P V D /C V D、离子注入、热喷涂及热氧化法等。
钛合金阳极氧化膜厚度一般小于1µm,达到2~3µm己属不易,而且硬度低,目前仅在装饰涂层方面有所应用。
P V D/C V D、离子注入及热氧化法在涂层制备过程中需要保持高温,在一定程度上改变了基体与涂层的结构,使基体的力学性能明显变坏( 塑性恶化) ;P V D/C V D及离子注入法需要昂贵的真空或气氛保护条件,制备成本明显提高;而热氧化法能耗大、时间长及劳动强度大,得到的涂层不均匀。
因此有必要发展新的低成本高性能的涂层制备技术。
微弧氧化这一高新技术综合地解决了上述难题,在实践中取得了很好的效果。
2.微弧氧化膜生成的基本原理及生长过程微弧氧化是从普通阳极氧化发展而来的,它的基本原理是:突破了传统的阳极氧化对电流、电压的限制,把阳极电压由几十伏提高到几百伏,当电压达到某一临界值时,击穿阀金属表面形成的氧化膜(绝缘膜),产生微弧放电并形成放电通道,在放电通道内瞬间形成高温高压并伴随复杂的物理化学过程,使金属表面原位生长出性能优良的氧化膜。
在微弧氧化过程中,把工件放人电解槽中,通电后工件表面现象及膜层生长过程具有明显的阶段性。
微弧氧化过程可分为4个阶段。
在微弧氧化初期,金属光泽逐渐消失,材料表面有气泡产生,在工件表面生成一层很薄且多孔的绝缘氧化膜(绝缘膜) ,绝缘膜的存在是形成微弧氧化的必要条件。
此时电压、电流遵循法拉第定律,此为第1阶段——阳极氧化阶段。
随着电压的升高,氧化膜被击穿,钛合金的表面开始出现移动的密集明亮小火花,这个阶段持续的时间很短,此为第2阶段——火花放电阶段。
随着电压和膜层的增加,钛合金表面的火花逐渐变大,移动速度相对减缓,膜层迅速生长,此为第3阶段——微弧放电阶段。
随着氧化时间延长,氧化膜达到一定厚度,膜层的击穿变得越来越困难,开始出现少数更大的红色斑点,这些斑点不再移动,而是停在某一固定位置连续放电,并伴有尖锐的爆鸣声,此为第4阶段——弧放电阶段。
只是此阶段对膜层的破坏较大,应当尽量避免。
在火花放电以前,钛合金表面的氧化膜主要为二氧化钛,从火花放电阶段开始,电解液中的元素开始进人膜层当中并同基体元素反应生成新的化合物,从而改善了膜层的性能。
在微弧放电阶段,氧化膜的击穿总是发生在膜层相对薄弱的部位,击穿后,该部位形成了新的氧化膜,于是击穿点又转移到下一个相对薄弱的部位,因此,最终形成的氧化膜( 陶瓷膜) 是均匀的。
由于微等离子体氧化膜的形成包含了物理、化学、电化学和等离子体化学等多方面的共同作用,其过程非常复杂,至今尚没有一个合理的模型能全面的描述氧化膜的形成过程。
3.钛合金微弧氧化膜的结构及特性从发表的文献看,钛合金微弧氧化膜层3个不同的层:即过渡层、致密层( 内层)和疏松层(外层) 。
各层的薄厚、结构及组成主要受基体的化学成分、电解液组成和处理制度的影响。
由基体内向外分为过渡层、致密层和疏松层。
靠近基体的是过渡层。
它和基体是冶金结合,膜基结合牢固;在多数电解液体系中,致密层主要由金红石TiO2 相和少量的锐钛矿T 相组成;过渡层和疏松层主要由锐钛矿TiO2 相和少量的金红石TiO2 相组成。
电解液组成的不同使膜层组成相和相的含量不同,因而膜层具有不同的性能。
钛合金微弧氧化技术具有很多优点:( 1 ) 处理后表面获得陶瓷化的氧化膜,表面除具有良好的韧性、耐腐蚀、耐磨特性外,还具有功能陶瓷的一些特性,如磁电屏蔽能力、生物医学性能及良好的绝缘性( 绝缘电阻大于100MΩ) 等;( 2 ) 采用脉冲电流,对基体材料热输入小,基本上不会恶化材料原有的力学性能;( 3 ) 氧化膜与基体结合强度高,氧化膜组织结构在较宽的范围内可调;( 4 ) 打磨掉疏松层后,工件可基本保持原始尺寸;( 5 ) 设备简单、操作方便,经济高效,且无三废排放,适合绿色环保型表面改性技术的发展要求。
4.钛合金微弧氧化膜质量的影响因素影响微弧氧化膜质量的主要因素有:电流密度、频率、阳极与阴极的电流密度比;电解液的成分、浓度、酸碱度、温度;氧化时间;工件的化学成分。
其中电参数与电解液组成对微弧氧化膜的形成影响最大。
微弧氧化工艺从直流氧化法发展到交流氧化法是微弧氧化技术的一大进步。
采用交流电压模式的微弧氧化法极大地提高了膜层的制备效率,改善了膜层的结构,极大地促进微弧氧化技术的发展。
目前大多采用非对称交流脉冲电源进行微弧氧化工艺,在实际过程中取得了良好的效果。
特别是负相电流的使用可以改善氧化膜结构及相组成。
电参数是影响微弧氧化膜形成的重要因素之一。
具体而言,对应不同的微弧氧化电解液,电参数都有自己的工作范围。
电压过小,膜层生长速率低,膜层较薄,硬度也较低,工作电压过高,膜层容易出现局部击穿现象,对膜层耐腐蚀性能不利。
电流密度的增大。
几乎所用电解液中膜层的生长速率及厚度增加,同时伴随膜层硬度增高。
但电流密度增长有一个极限,超过这个值,氧化膜生长过程中产生烧蚀现象。
膜层的生长速率随电源的频率增大而降低,但当频率增大一定值时,速率的降低已经不明显了,同时频率的高低可以明显改变氧化膜的相组成,高频下组织中非晶态相远远高于低频试样。
此外脉冲电源制备的氧化膜性能较其他电源都好,主要是频率、占空比等电参数对试样表面放电特征有明显影响且容易控制,可通过调整电参数优化膜层的性能。
(1)电压当电压超过某一值,发生放电击穿后微弧氧化才能进行,因此陶瓷层厚度和施加的电压有着密切关系。
由于电击穿过程是一个包含化学和电化学过程以及光、电、热等作用的复杂行为,理论研究十分困难。
根据S.Ikonopisov等的电子雪崩模型,击穿电压主要取决于金属的性质、电解液的组成及溶液的导电性,而电流密度、电极形状以及升压方式等对击穿电压的影响较小,而陶瓷层厚度与击穿电压和最终成膜电压都有关。
王弧明等研究认为陶瓷层厚度随最终成膜电压的升高呈线性增加。
电压为5 0 0 V时,陶瓷层厚度达到2 2 µm ,此后电压值增大,陶瓷层厚度增加显著,在电压为 5 5 0 V时,陶瓷层厚度达到3 5 µm。
终止电压还影响膜层的形貌特征和成分。
当电压增大时,陶瓷层中微孔的数目增多;孔径变大,陶瓷颗粒也变大,表面更加粗糙。
同时,陶瓷层中金红石相对锐钛矿的含量变小。
主要原因是电压升高,单脉冲放电能量增加,有利于锐钛矿相金红石的转变,同时放电通道形成物凝固后留下的孔径更大,陶瓷层表面变得更加粗糙。
(2)电流密度电流密度对陶瓷层的生长速率、陶瓷层厚度、形貌和成分都有重要的影响。
王亚明的研究结果表明,在恒电流方式下,膜层厚度随时间呈线性关系,而在恒电压方式下,由于电流密度逐渐降低,导致膜层的生长速率也降低。
姚忠平的研究结果表明,电流密度小于6 A /dm2 陶瓷层均匀,但厚度不超过50µm电流密度大于10 A/dm2,陶瓷层变得多孔、粗糙,与基体的结合变差,厚度可达到100µm电流密度在6 ~10A/dm2 之间时获得的陶瓷层均匀、致密、与基体结合好,厚度在50~100µm之间此外。
正负电流密度不同时膜层有着不同的特征。
正负电流密度均为8 A/dm2时,陶瓷层紧密,黄色中带有一点浅灰色。
增大正电流密度,陶瓷层变得疏松多孔, 同时三氧化二铝的含量增加,金红石的含量降低;增大负电流密度,膜层变得致密,而三氧化二铝的含量降低,金红石的含量增加。
(3)频率和占空比频率和占空比都影响到单个脉冲持续放电的时间,继而影响到单个脉冲的放电能量。
一般认为,频率降低,占空比增大,在其他条件不变时,都将增大单个脉冲的放电能量,有利于陶瓷层的增长,陶瓷层因孔径和晶粒都变大而变粗糙,同时有利于低温亚稳相向高温稳定相的转变。
王亚明等研究表明,频率为200Hz 时,陶瓷层厚度达到34µm,随频率的升高,厚度下降很快,600Hz时为22µm,频率继续升高时,厚度减小趋势放缓,在1800 Hz 时减小到7µm。
同时,陶瓷层中锐钛矿相对于金红石的含量变大。
当占空比小于12%时,陶瓷层厚度随占空比的增大增加较快,但获得的陶瓷层较薄;当占空比大12%时,陶瓷层较厚,但陶瓷层厚度增加的趋势随着占空比的增大逐渐变缓。
翁海峰等对占空比的研究获得了不致的结果;随着占空比的增大,陶瓷层厚度变化范围较小,而且先增大达到最大值后又有减小的趋势。