鈦合金表面微等離子體氧化陶瓷膜的結(jié)構(gòu)及摩擦學(xué)行為.pdf

1、圖書圖書分類號：TB174.453國際圖書分類號：621.193工學(xué)博士學(xué)位論文鈦合金表面微等離子體氧化陶瓷膜的結(jié)構(gòu)及摩擦學(xué)行為博士研究生：孫學(xué)通導(dǎo)師：姜兆華教授申請學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科、專業(yè)：應(yīng)用化學(xué)所在單位：應(yīng)用化學(xué)系答辯日期：2005年10月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要摘要本文針對提高鈦合金的耐磨性能，利用微等離子體氧化技術(shù)在Ti6Al4V合金表面成功地制備出具有高含量αAl2O3相的高硬度陶瓷膜和表面光潔、結(jié)合強(qiáng)度高的低硬度減

2、摩陶瓷膜。系統(tǒng)地分析了陶瓷膜的微觀結(jié)構(gòu)及其與工藝參數(shù)的關(guān)系，探討了陶瓷膜的生長機(jī)制。考慮到實際應(yīng)用環(huán)境，分別研究了陶瓷膜單向滑動摩擦性能、微動摩擦性能和膜層的減摩、耐磨機(jī)制。利用X射線衍射儀(XRD)、電子探針(EPMA)和掃描電子顯微鏡(SEM)等測試手段，分析了膜層的相組成和元素組成及其在厚度方向上的分布，并觀察了膜層形貌和磨痕形貌；用拉伸剝離法等評價了陶瓷膜與基體的結(jié)合強(qiáng)度；通過球盤式摩擦試驗機(jī)研究了陶瓷膜的單向滑動摩擦性能，用S

3、RV往復(fù)式摩擦磨損試驗機(jī)研究了陶瓷膜在微動條件下的摩擦性能。研究表明，在鋁酸鹽溶液體系中制備的陶瓷膜的微觀結(jié)構(gòu)和組成的差別較大，膜層厚度約50~110μm、最高硬度可達(dá)1400~1600HK50g，用拉伸剝離法測得的結(jié)合強(qiáng)度在10~20MPa之間；磷酸鹽體系制備的膜層以基體自身氧化為主，膜層組成和結(jié)構(gòu)在較大的參數(shù)范圍內(nèi)穩(wěn)定、一致，硬度略高于基體350~400HK50g、表面光潔，結(jié)合強(qiáng)度超過20MPa。根據(jù)Albella的雜質(zhì)中心放電模

4、型和實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)溶液中陰離子的吸附能力及其在溶液中的穩(wěn)定性和溶液體系能否使基體金屬表面生成完整的鈍化膜決定了微等離子體氧化過程的臨界電擊穿電壓。陶瓷膜的生長機(jī)制與反應(yīng)過程中的放電方式密切相關(guān)，在反應(yīng)初期基體膜層厚度較低、放電溫和、放電通道體積較小，新生物質(zhì)很快填滿通道使其愈合，致密層生成速率較高。隨著膜層厚度的增加，膜層中內(nèi)應(yīng)力的逐漸增大，當(dāng)應(yīng)力水平達(dá)到一定程度時，膜層中會萌生少量微裂紋，氧化膜的擊穿放電方式因而有所改變，發(fā)生電擊穿的