TA15合金微弧氧化涂层的组织结构与摩擦学性能

论文摘要

为了在TA15合金表面获得良好的减摩与高温抗氧化涂层,本文进行了Si-P-Al、P-Al及P-B-Al三种电解液体系中的微弧氧化试验。利用SEM和XRD等手段对涂层的微观组织结构进行了分析,初步揭示了涂层的形成机制,并研究了涂层的滑动摩擦学性能与高温抗氧化性能。试验表明,涂层内层致密、外层疏松,表面多微孔（孔径1～5μm）。同一电解液中涂层厚度、粗糙度随脉冲电压、占空比、氧化时间的增加而增大,随脉冲频率的增加而减小,涂层生长速率与表面形貌主要由单脉冲的放电能量决定。涂层的组织结构主要取决于电解液体系:Si-P-Al体系涂层由金红石和锐钛矿TiO2组成,并含有少量非晶化合物;P-Al体系涂层由Al2TiO5相组成;P-B-Al体系涂层主要由Al2TiO5构成,同时含有少量Al2O3及TiO2相。滑动干摩擦时,未抛光Si-P-Al体系20μm厚涂层在不同载荷下摩擦系数约为0.15,且长期保持稳定,具有良好的减摩性能;Si-P-Al体系40μm厚涂层摩擦系数高,表面抛光后1N载荷下摩擦系数低且稳定在0.15左右。P-Al体系涂层在抛光前后不同载荷下摩擦系数均较高,1000周次后超过TA15基体的摩擦系数。P-B-Al体系涂层在抛光前后不同载荷下均具有良好的减摩性能（摩擦系数约0.15）。滑动干摩擦系数主要取决于涂层表面形貌与物相结构,抛光后低的涂层表面粗糙度有利于减小摩擦系数,Si-P-Al体系涂层中纳米TiO2的自润滑特性决定其具有最好的减摩性能。润滑脂滑动摩擦时,TA15合金与微弧氧化涂层的摩擦系数下降到0.15左右,且长期保持稳定,在对偶摩擦表面形成的连续润滑膜使摩擦系数降低。700℃下高温氧化80h后,TA15合金表面生成出厚约10μm含金红石TiO2和Al2O3的多孔氧化膜,氧化增重为0.76mg/cm2;Si-P-Al及P-Al体系微弧氧化涂层氧化增重分别为0.14mg/cm2和0.38mg/cm2,Si-P-Al体系涂层具有优异的抗高温氧化性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 TA15 合金的性质及应用
• 1.3 微弧氧化工艺
• 1.3.1 微弧氧化工艺特点
• 1.3.2 微弧氧化原理
• 1.3.3 影响微弧氧化涂层的因素
• 1.4 钛合金微弧氧化涂层的组织结构
• 1.5 钛合金微弧氧化涂层的性能
• 1.5.1 力学性能
• 1.5.2 摩擦学性能
• 1.6 本课题目的及主要研究内容
• 第2章 材料与试验方法
• 2.1 试验用原材料
• 2.2 微弧氧化工艺参数与涂层成分设计
• 2.2.1 试验装置及涂层制备方法
• 2.2.2 微弧氧化电参数设计
• 2.2.3 涂层的成分设计
• 2.3 涂层组织结构及成分分析
• 2.3.1 涂层厚度测试
• 2.3.2 涂层粗糙度的测试
• 2.3.3 扫描电镜（SEM）观察
• 2.3.4 XRD 分析
• 2.4 涂层基本力学性能测试
• 2.5 涂层摩擦学性能测试
• 2.6 涂层高温氧化性能测试方法
• 第3章 微弧氧化涂层的生长过程与组织结构
• 3.1 微弧氧化涂层生长过程及现象
• 3.2 微弧氧化涂层的组织结构
• 3.3 工艺参数对涂层生长与组织结构的影响
• 3.3.1 脉冲电压的影响
• 3.3.2 脉冲频率的影响
• 3.3.3 脉冲占空比的影响
• 3.3.4 氧化时间的影响
• 3.4 电解液组成对涂层组织结构的影响
• 3.4.1 Si-P-Al 体系涂层的组织结构
• 3.4.2 P-Al 体系涂层的组织结构
• 3.4.3 P-B-Al 体系涂层的组织结构
• 3.5 小结
• 第4章 微弧氧化涂层的摩擦学与高温抗氧化性能
• 4.1 涂层的力学性能
• 4.2 TA15 的滑动摩擦性能
• 4.3 不同结构微弧氧化涂层的滑动摩擦性能
• 4.3.1 摩擦测试用涂层的组织结构
• 4.3.2 Si-P-Al 体系涂层的滑动摩擦性能
• 4.3.3 P-Al 体系涂层的滑动摩擦性能
• 4.3.4 P-B-Al 体系涂层的滑动摩擦性能
• 4.3.5 不同涂层摩擦学性能比较及摩擦学机理
• 4.4 微弧氧化涂层的高温抗氧化性能
• 4.4.1 TA15 合金及涂层的氧化增重
• 4.4.2 涂层的抗高温氧化机制
• 4.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢