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鈦合金耐磨陽極氧化膜層結(jié)構(gòu)和性能研究
劉明輝,翁 端,蔡健平,張曉云
(1北京航空材料研究院,北京100095;2清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系,北京100084)摘要:采用脈沖陽極氧化技術(shù)制備一種耐磨型鈦合金陽極氧化膜,研究陽極氧化膜的成分、形貌及耐磨性能。結(jié)果表明:耐磨型鈦合金陽極氧化膜顯著提高了鈦合金的耐磨性,是一種表面粗糙,厚度為7~8μm的多孔膜,主要由金紅石與銳鈦型TiO2混合晶體組成。
關(guān)鍵詞:耐磨;陽極氧化;性能
鈦及其合金具有強(qiáng)度高,比重小,耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航空、航天、原子能、石化、船舶等國防尖端科技領(lǐng)域,近年來還在民用領(lǐng)域得到進(jìn)一步的開發(fā):如用其制作屋頂、大樓的外裝板等建筑材料,制作人工關(guān)節(jié)等醫(yī)療器械,制作服飾用品,體育用品,裝飾品等[1-5]。但是由于鈦及其合金表面的耐磨性能較差,影響了鈦合金的應(yīng)用范圍及使用性能。近些年來,發(fā)展了鈦合金的耐磨陽極氧化膜層,以滿足實(shí)際的需要[6-9]。例如:某型飛機(jī)的一個(gè)零部件,原來采用的材料是鋼加耐磨鍍層(鍍硬鉻),現(xiàn)在該零件改為鈦合金加耐磨氧化層,從而在保障零件性能的基礎(chǔ)上,大幅度減少零件的質(zhì)量。目前關(guān)于鈦合金的耐磨氧化層微觀形貌、結(jié)構(gòu),與鈦合金相比耐磨性能提高程度及原因的研究和報(bào)道還比較少[10-12]。
本工作采用脈沖陽極氧化技術(shù)制備了一種耐磨型鈦合金陽極氧化膜,采用掃描電鏡、X射線衍射研究陽極氧化膜的成分、形貌,并采用Taber耐磨試驗(yàn)機(jī)測試陽極氧化膜的耐磨性能,探討了耐磨性能與膜層結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
1 實(shí)驗(yàn)方法
1.1 實(shí)驗(yàn)材料
實(shí)驗(yàn)材料采用TC4鈦合金,其化學(xué)成分如表1所示。
1.2 陽極氧化工藝及流程
TC4鈦合金陽極氧化的工藝流程為:有機(jī)溶劑除油→冷水洗→化學(xué)除油→冷水洗→陽極氧化→冷水洗→壓縮空氣吹干→拆卸。TC4鈦合金陽極氧化工藝條件如表2所示。
1.3 耐磨性能測試
耐磨性能實(shí)驗(yàn)使用厚度為2mm的TC4鈦合金,按照GB1768《漆膜耐磨性的測定方法》的有關(guān)規(guī)定制
備加工圓盤試樣12片,6片進(jìn)行陽極氧化,6片作為空白對(duì)比實(shí)驗(yàn)。試樣的直徑100mm,中心孔的直徑為9mm,厚度為2mm。
采用Taber5131耐磨試驗(yàn)機(jī),在一定轉(zhuǎn)速和載荷下測試耐磨性能,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后測試試樣磨損失重。
1.4 形貌和成分觀察
采用110mm×25mm×(2~3)mm表面粗糙度Ra=0.8μm的平板試樣進(jìn)行陽極化,然后進(jìn)行形貌和結(jié)構(gòu)分析。試樣的形貌采用Quanta600掃描電子顯微鏡觀察;采用RINT2000型XRD衍射儀分析試樣表面的晶體結(jié)構(gòu)。
