{首页主词},&

鈦合金耐磨微弧氧化制備技術的研究進展

2022-04-21 15:56:26 作者：表面技術來源：表面技術分享至：

作者簡介

通訊作者

宋影偉研究員

博士，中國科學院金屬研究所博士生導師，研究部主任。主要從事輕合金的腐蝕與防護研究，研發的鎂合金防護涂層已批量應用在航空航天領域。發表論文80多篇，總計他引超過3000次，獲得發明專利10項。先后承擔國家自然科學基金、國家重點研發計劃、973、國際合作等課題多項。入選“遼寧省百千萬人才工程”百人層次，“沈陽市領軍人才”，榮獲“遼寧省技術發明一等獎”“中國腐蝕與防護杰出青年學術獎”，Elsevier 2020中國高被引學者等。

文章簡介

鈦合金耐磨微弧氧化制備技術的研究進展

b3cb74624fff83f866dbf16a3680136d.pdf (1.54 MB)

（點擊文章題目即可下載）

鈦合金由于其質量輕，比強度高，尤其耐蝕性優異，廣泛應用于海洋、航空航天、醫療器械等領域。但鈦合金硬度較低，摩擦因數高，粘著磨損、磨粒磨損和微動磨損傾向大，極大限制了其作為摩擦部件的應用。通過微弧氧化技術對鈦合金進行處理，可以有效提高其耐磨性。但影響微弧氧化膜耐磨性的因素很多，本文詳細論述了成膜電解液、電參數及不同復合處理方式對鈦合金微弧氧化耐磨性的影響。

關鍵詞：鈦合金；微弧氧化；耐磨性；復合處理；納米顆粒

01 背景介紹

鈦合金由于其良好的特性，在科技核心領域發展潛力巨大，但鈦合金自身硬度較低，耐磨性差，這極大地限制了其作為摩擦部件的應用。為了改善鈦合金的摩擦學性能，通常需要對其進行表面改性，常用的處理方法包括微弧氧化、激光熔覆、磁控濺射、溶膠凝膠、電鍍等。其中，微弧氧化技術具有環保、高自動化程度等優點，在外加電源的作用下，短時間內即可在閥金屬表面原位形成厚度適中、附著力強且具有較高硬度的陶瓷氧化膜。該膜層既可以單獨使用來大幅提升基材的耐磨性，又能很好地兼容多種后處理方式，為后續涂層提供良好的承載能力，以適用于重載或高速等更苛刻的服役工況。因此，微弧氧化被認為是提高鈦合金耐磨性的理想表面處理方法，也是近年來科研工作者們的研究熱點。

02 論文配圖

1 電解液的影響

電解液是微弧氧化技術中最核心的工藝參數，也是決定氧化膜性能的關鍵。

不同鋁酸鈉濃度下鈦合金微弧氧化膜的摩擦學性能

不同體系氧化液所制備微弧氧化膜截面形貌

2 電參數的影響

研究了恒流/恒壓模式兩種輸出模式、單相/雙相輸出模式、脈沖頻率、占空比對微弧氧化過程的影響。

3 復合微弧氧化處理

鈦基材硅/磷復合體系微弧氧化膜涂覆PTFE 前后摩擦試驗結果

納米顆粒在電解液中呈負電的成膜機制示意圖

納米顆粒在電解液中呈正電的成膜機制示意圖

03 結論與展望

現階段，鈦合金在常見電解液體系中的成膜反應以及各類電參數在其氧化過程中的影響機制已有較為成熟的認識，可以從提高微弧氧化膜表層硬質相比例以及降低粗糙度的角度來設計更合理的微弧氧化工藝。但傳統微弧氧化能夠提供的相組成種類較少，且膜層表面不可避免地存在微孔，因此耐磨性的提升有限。通過增加后處理工序與微弧氧化技術復合可以進一步改善氧化膜的摩擦學性能，但生產成本增加。納米顆粒復合微弧氧化技術可以一步法實現氧化膜的制備，同時又能有選擇性地賦予其減摩、耐磨、潤滑等性能，是未來微弧氧化技術的發展趨勢。但此項技術正式應用于工業生產前，仍有一些問題亟待解決：首先，不溶性納米顆粒在電解液中的分散性差，應加強納米顆粒分散穩定性的相關研究，開發相匹配的表面活性劑或優化改性方式；其次，納米顆粒在微弧氧化過程中不斷消耗，復合氧化液的使用壽命及補加方法有待深入研究；再次，現階段關于納米顆粒復合微弧氧化的研究中，仍以摻雜一種納米顆粒為主，在電解液中添加多種納米顆粒，特別是不同功能類型的納米顆粒時，復合微弧氧化膜的摩擦學性能尚不明確；最后，電參數對不同種類納米顆粒摻雜機制的作用機理還有待澄清，例如負向電壓/電流的引入對帶電膠體在微弧氧化階段吸收和結合過程的影響等，此類問題的闡述將對復合納米顆粒微弧氧化技術的工藝設計提供理論指導。綜合環保、經濟成本等多方面因素考慮，微弧氧化仍是未來一段時間內提高鈦合金耐磨性能的首選表面處理技術，具有廣闊的發展前景。隨著人們對耐磨微弧氧化膜制備技術研究的進一步深入，相關理論基礎的逐步完善，相信定能設計開發出摩擦性能可控且綜合性能良好的微弧氧化涂層，從而拓寬鈦合金的使用范圍，并推進其在更多領域的產業化應用。

引文格式：

董凱輝，宋影偉*, 韓恩厚。鈦合金耐磨微弧氧化制備技術的研究進展[J]. 表面技術， 2021, 50（7）： 57-65.

DONG Kai-hui, SONG Ying-wei*, HAN En-hou. Research progress on the preparation of wear-resistant micro-arc oxidation coatings on titanium alloys[J]. Surface technology, 2021, 50（7）： 57-65.

免責聲明：本網站所轉載的文字、圖片與視頻資料版權歸原創作者所有，如果涉及侵權，請第一時間聯系本網刪除。