TC4鈦合金低污染陽(yáng)極氧化自潤(rùn)滑減摩復(fù)合膜制備及其摩擦磨損性能研究.pdf

1、鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，已成為廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦艇等國(guó)防以及民用機(jī)械工業(yè)部門的重要結(jié)構(gòu)材料，其中以TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金用途最為廣泛，用量約占鈦合金總量的一半以上，但由于鈦合金硬度低，耐磨性能較差的局限制約了其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。因此，提高鈦合金摩擦磨損性能已成為鈦合金領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　本文主要致力于通過(guò)陽(yáng)極氧化-復(fù)合PTFE的方法在TC4鈦合金的表面制備具有耐摩擦磨損性能的自潤(rùn)滑膜

2、的研究，首先對(duì)影響鈦合金陽(yáng)極氧化膜表面形貌、膜厚的主要因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究分析，利用SEM、XRD等測(cè)試方法對(duì)陽(yáng)極氧化膜及復(fù)合自潤(rùn)滑膜的表面形貌、微觀相結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并采用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試其摩擦磨損性能。
　　(1)通過(guò)對(duì)硫酸體系中鈦合金的陽(yáng)極氧化的研究，分析電解液濃度、NH4HF2添加劑濃度、氧化電壓、氧化溫度以及氧化時(shí)間對(duì)氧化膜膜孔、膜厚的影響，討論影響氧化膜耐磨性能的主要因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電解液濃度與氧化電壓主要影響氧化膜表

3、面膜孔孔徑的大小，隨著電解液濃度、電壓的升高，孔徑增大，在電解液H2SO4濃度為0.3-1mol/L、電壓為60-130V范圍內(nèi)，膜孔孔徑約為100-500nm之間;陽(yáng)極氧化溫度主要影響氧化膜表面膜孔均勻性，隨著溫度的降低，氧化膜膜孔均勻性提高;陽(yáng)極氧化時(shí)間對(duì)氧化膜厚度有重要影響，在氧化時(shí)間為1h-3h范圍，氧化膜厚度約為4.4-11.9μm之間;對(duì)鈦合金陽(yáng)極氧化膜進(jìn)行化學(xué)腐蝕溶解擴(kuò)孔處理后，孔徑可達(dá)200-1500nm之間。對(duì)TC4鈦

4、合金陽(yáng)極氧化膜進(jìn)行摩擦系數(shù)測(cè)定后發(fā)現(xiàn)，具有陽(yáng)極氧化膜的鈦合金表面摩擦系數(shù)較鈦合金基體顯著下降，其降低程度與膜層厚度和膜孔均勻性有關(guān)，氧化膜膜層越厚，膜孔越均勻，摩擦系數(shù)越低，經(jīng)測(cè)試，陽(yáng)極氧化前TC4鈦合金表面摩擦系數(shù)約為0.5，在電解液H2SO4濃度0.8mol/L、溫度-5℃、氧化電壓130V、陽(yáng)極氧化時(shí)間3h條件下制備的鈦合金陽(yáng)極氧化膜摩擦系數(shù)降至0.35;對(duì)此條件下的氧化膜進(jìn)行800℃熱處理2h后，氧化膜相結(jié)構(gòu)由銳鈦礦和金紅石型共

5、存TiO2幾乎全部轉(zhuǎn)化為金紅石型TiO2，同時(shí)摩擦系數(shù)也降至0.29。
　　(2)陽(yáng)極氧化-PTFE自潤(rùn)滑減摩復(fù)合膜制備及其摩擦磨損性能研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)電解液(H2SO4)濃度0.8mol/L，溫度-5℃，氧化電壓130V，陽(yáng)極氧化時(shí)間3h條件下制備的鈦合金陽(yáng)極氧化膜進(jìn)行PTFE涂覆，涂覆液PTFE含量為6.7％，涂覆時(shí)間為30min，烘干時(shí)間1h、溫度100℃，測(cè)得復(fù)合膜層摩擦系數(shù)顯著降低，約為0.2左右，隨著PTFE含量