一种TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜制造技术

一种TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜，在硅酸钠‑六偏磷酸钠体系中添加1.5 g/L Cr2O3微粒，采用直流脉冲模式在TC4钛合金表面制备了微弧氧化Cr2O3复合膜。复合膜的表层孔隙中填满了微小的Cr2O3颗粒，表面只能看到少量微孔；膜层中除了金红石及锐钛矿Ti0

A kind of Cr2O3 composite film by microarc oxidation of TC4 titanium alloy

【技术实现步骤摘要】
一种TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜所属
本专利技术涉及一种钛合金材料，尤其涉及一种TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜。
技术介绍
钛合金作为轻质金属结构材料，由于其比强度高、耐蚀性良好，而广泛地应用于航空航天领域。但钛合金的硬度较低、耐磨性较差，在使用中易产生“钛火”故障，这些严重影响了钛合金的使用安全性。微弧氧化作为一种新兴表面处理技术，能在钛合金表面原位生长一层陶瓷膜；该膜层能够显著降低钛合金的摩擦系数，提高其强度，改善其耐磨性。但微弧氧化膜表面的多孔形态会导致摩擦系数不稳定，耐磨效果不理想。鉴于电镀、化学镀、阳极氧化等技术能将耐磨性颗粒(A1203、SiC、金刚石等)引入到金属基膜层中，制备出比单一金属膜层硬度更高、耐磨性更好的复合膜。据此，通过在电解液中加入耐磨性颗粒Cr2O3制备出了富含Cr2O3的微弧氧化复合膜。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善钛合金的耐磨性，设计了一种TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜的制备原料包括：实验采用TC4钛合金，其主要成分为5.50-6.80%Al、3.50-4.50%V、余量为Ti。试样尺寸为西31.7mm×3mm。氧化前试样经240#-1000#砂纸依次打磨，并在丙酮中超声波除油20min，以除去油污和自然氧化膜；之后采用JYW-50交流微弧氧化电源进行氧化处理。其中以不锈钢槽作阴极，试样作阳极，钛丝为夹具。TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜的制备步骤为：微弧氧化采用直流脉冲方式，电流密度为8A/dm2，频率为500Hz，占空比为60％，氧化时间为20min。电解液主要由8g/L硅酸钠、6g几六偏磷酸钠及1.5g/L铝酸钠组成，并添加1.5g/L平均粒度为2μm的Cr2O3微粒。氧化过程中，为了保证成膜质量，提高Cr2O3粒子的吸附能力，需要采用机械搅拌装置和循环冷却系统来加强传质和降低电解液温度，氧化温度应控制在50℃以下。TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜的检测步骤为：氧化后，采用BmkerD8-Advance型X射线衍射仪(XRD)分析膜层物相结构；用QUANTA-200型扫描电子显微镜(SEM)观察膜层表面微观形貌；用英国牛津公司的INCA型能谱仪(EDS)分析膜层表面成分。在25℃的环境中，利用MM、IV-1A立式万能摩擦磨损试验机测定微弧氧化膜的摩擦磨损性能；摩擦副为45#钢(28mm×12mm)，转速为80r/min，载荷为10、50N，磨损时间为20min，摩擦系数由试验机自动记录，每秒采集1次；采用XJP-6A型光学显微镜(OM)观察试样的磨损形貌。摩擦磨损前后，试样在乙醇中超声清洗10min，风干后用SartoriusCP225D型电子分析天平(精度为0.01mg)测定试样质量，磨损量记为磨损前试样质量减去磨损后试样质量。本专利技术的有益效果是：向微弧氧化电解液中加入1.5g/LCr2O3微粒，可在TC4表面形成一层微弧氧化Cr2O3复合膜。该膜层表面仅有少量微孔；膜层中除了金红石及锐钛矿Ti02相、A12Ti05相外，还出现了大量的Cr2O3相，且包含一些非晶态的P、Si化合物。相比于TC4钛合金及微弧氧化膜，微弧氧化Cr2O3复合膜的摩擦系数更小、磨损量更低、耐磨性更好。Cr2O3颗粒主要通过对微弧氧化膜表面孔隙的填充作用、载荷转移作用及弥散强化作用，来降低复合膜的摩擦系数和表面磨损量，提高其耐磨性。在不同载荷下，微弧氧化复合膜具有不同的磨损特征。10N时，复合膜只发生轻微的粘着磨损，几乎未发生磨粒磨损；50N时，磨粒磨损有所加剧，且出现了第二相粒子流失。具体实施方式实施案例1：TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜的制备原料包括：实验采用TC4钛合金，其主要成分为5.50-6.80%Al、3.50-4.50%V、余量为Ti。试样尺寸为西31.7mm×3mm。氧化前试样经240#-1000#砂纸依次打磨，并在丙酮中超声波除油20min，以除去油污和自然氧化膜；之后采用JYW-50交流微弧氧化电源进行氧化处理。其中以不锈钢槽作阴极，试样作阳极，钛丝为夹具。TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜的制备步骤为：微弧氧化采用直流脉冲方式，电流密度为8A/dm2，频率为500Hz，占空比为60％，氧化时间为20min。电解液主要由8g/L硅酸钠、6g几六偏磷酸钠及1.5g/L铝酸钠组成，并添加1.5g/L平均粒度为2μm的Cr2O3微粒。氧化过程中，为了保证成膜质量，提高Cr2O3粒子的吸附能力，需要采用机械搅拌装置和循环冷却系统来加强传质和降低电解液温度，氧化温度应控制在50℃以下。TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜的检测步骤为：氧化后，采用BmkerD8-Advance型X射线衍射仪(XRD)分析膜层物相结构；用QUANTA-200型扫描电子显微镜(SEM)观察膜层表面微观形貌；用英国牛津公司的INCA型能谱仪(EDS)分析膜层表面成分。在25℃的环境中，利用MM、IV-1A立式万能摩擦磨损试验机测定微弧氧化膜的摩擦磨损性能；摩擦副为45#钢(28mm×12mm)，转速为80r/min，载荷为10、50N，磨损时间为20min，摩擦系数由试验机自动记录，每秒采集1次；采用XJP-6A型光学显微镜(OM)观察试样的磨损形貌。摩擦磨损前后，试样在乙醇中超声清洗10min，风干后用SartoriusCP225D型电子分析天平(精度为0.01mg)测定试样质量，磨损量记为磨损前试样质量减去磨损后试样质量。实施案例2：未添加Cr2O3粒子时，微弧氧化膜呈多孔结构，表面分布着大量大小不等的类似火山喷发口的微孔，微孔周围存在熔融痕迹以及少量微裂纹；膜层主要由Ti、O、P、Si、Al组成，相结构主要为金红石、锐钛矿相Ti02及A12Ti05相。其中Ti、A1为基底材料成分，P、Si主要来源于电解液；Ti02相主要源于基体Ti在微弧氧化过程中的氧化；A12Ti05相可能是在微弧放电通道内，电解液中的AlO2与钛氧化物相互反应而形成的。加入Cr2O3粒子后，复合膜表面仅有少量微孔，大多数孔隙被微小的Cr2O3粒子粒子填充，且有部分孔隙已经熔结在了一起；膜层中也出现了大量的Cr2O3粒子相，由此可知，复合粒子通过扩散、吸附等反应进入到了微弧氧化膜层中。另外，微弧氧化膜及复合膜的XRD谱中都出现了明显的馒头峰，而EDS分析表明膜层中都存在P、Si元素，由此推测P、Si主要以非晶态形式存在于膜层中；微弧氧化过程中高温高压现象以及电解液的骤冷作用，给非晶化合物的形成提供了充分条件，少餐Si以非品态SiO2形式存在，P以相应的磷化物形式存在。实施案例3：TC4基体的摩擦系数较大，在0.4-0.6之间振荡；摩擦20min后，其磨损量高达9.59mg，基底表面布满了由粘着磨损引起的剥落坑及由磨粒磨损造成的深浅不一的犁沟。经微弧氧化处理后，TC4钛合金的摩擦系数显著降低，为0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜，制备原料包括：实验采用TC4钛合金，其主要成分为5.50-6.80%Al、3.50-4.50%V、余量为Ti，试样尺寸为西31.7mm×3mm，氧化前试样经240#-1000#砂纸依次打磨，并在丙酮中超声波除油20min，以除去油污和自然氧化膜；之后采用JYW-50交流微弧氧化电源进行氧化处理，其中以不锈钢槽作阴极，试样作阳极，钛丝为夹具。/n

【技术特征摘要】
1.一种TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜，制备原料包括：实验采用TC4钛合金，其主要成分为5.50-6.80%Al、3.50-4.50%V、余量为Ti，试样尺寸为西31.7mm×3mm，氧化前试样经240#-1000#砂纸依次打磨，并在丙酮中超声波除油20min，以除去油污和自然氧化膜；之后采用JYW-50交流微弧氧化电源进行氧化处理，其中以不锈钢槽作阴极，试样作阳极，钛丝为夹具。


2.根据权利要求1所述的TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜，其特征是TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜的制备步骤为：微弧氧化采用直流脉冲方式，电流密度为8A/dm2，频率为500Hz，占空比为60％，氧化时间为20min，电解液主要由8g/L硅酸钠、6g几六偏磷酸钠及1.5g/L铝酸钠组成，并添加1.5g/L平均粒度为2μm的Cr2O3微粒，氧化过程中，为了保证成膜质量，提高Cr2O3粒子的吸附能力，需要采用机械搅拌装置和循环冷却系统来加强传质和降低电解液温度，氧化温度应控制在50℃以下。


3.根据权利要求1所述的TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜，其特征是TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜的检测步骤为：氧化后，采用BmkerD8-Advance型X射线衍射仪(XRD)分析膜层物相结构；用QUANTA-200型扫描电子显微镜(SEM)观察膜层表面微观形貌；用英国牛津公司的IN...

【专利技术属性】
技术研发人员：张继亮，
申请(专利权)人：张继亮，
类型：发明
国别省市：辽宁;21