钛合金表面自润滑膜的制备及其摩擦磨损性能研究

论文摘要

钛合金具有比强度高、热强性好、耐腐蚀等优点,已成为航空、航天、火箭、导弹、舰艇及能源化工等国防和民用工业部门的重要结构材料,发展前景十分广阔。其中TC4（Ti-6A1-4V）钛合金用途最为广泛,用量占钛合金总量的一半以上。但钛合金硬度低,耐磨性能较差,这限制了其在实际中的应用。为了克服钛合金摩擦磨损性能的不足,钛合金表面改性技术已成为该领域内一个新的研究热点。本文分别通过Ni-P-PTFE化学复合镀方法、微弧氧化-复合PTFE涂膜方法在TC4钛合金的表面成功的制备出具有耐磨减摩性能的自润滑膜。同时分别对这两种方法进行了系统地研究和探讨。利用XRD、SEM、EDS等手段对自润滑膜的微观形貌及相成分进行了分析,并采用摩擦磨损试验机测试了其摩擦磨损性能。研究了Ni-P-PTFE化学复合镀工艺,得至PTFE乳液浓度、表面活性剂浓度、施镀温度、pH值等参数对复合镀层中PTFE含量的影响规律；镀层中PTFE的含量是影响复合镀层摩擦磨损性能的关键因素。实验结果表明：化学镀Ni-P镀层和化学复合镀Ni-P-PTFE镀层都可以有效地改善钛合金的摩擦磨损性能,Ni-P-PTFE复合镀层的效果更为明显。当复合镀层中PTFE体积百分含量约为20.39v%时,其摩擦系数降至小于0.2,耐磨性能良好；随着镀层中PTFE含量继续增加,其摩擦系数会继续下降,当PTFE体积百分含量约为26.4v%时,其摩擦系数降至约0.13,但此时镀层结合力差,导致其耐磨性能降低。研究微弧氧化-复合PTFE涂膜处理工艺,讨论分析了微弧氧化电压、氧化时间对多孔膜形貌及相成分的影响,以及微弧氧化-复合PTFE涂膜的摩擦磨损性能。研究结果表明,钛合金微弧氧化-复合PTFE涂膜后,PTFE粒子较均匀占据Ti02孔径内,复合膜的摩擦系数约为0.12,同时具有良好的耐磨性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钛及钛合金的性能、分类及应用
• 1.2.1 钛及钛合金的性能
• 1.2.2 钛及钛合金的分类
• 1.2.3 钛及钛合金的应用
• 1.3 钛合金表面改性研究
• 1.3.1 钛合金表面改性研究现状
• 1.3.2 化学复合镀
• 1.3.3 微弧氧化
• 1.4 本课题研究的意义及主要内容
• 1.4.1 本课题研究的意义
• 1.4.2 本课题研究的主要内容
• 第2章 钛合金Ni-P-PTFE化学复合镀膜的制备及其摩擦磨损性能研究
• 2.1 实验方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验装置
• 2.1.3 测试分析方法
• 2.2 实验方案
• 2.2.1 TC4钛合金表面除油
• 2.2.2 酸洗与活化
• 2.2.3 闪镀镍预处理
• 2.2.4 化学镀镍
• 2.2.5 Ni-P-PTFE化学复合镀
• 2.3 结果分析和讨论
• 2.3.1 Ni-P-PTFE化学复合镀膜的制备
• 2.3.2 复合镀层表面形貌及成分分析
• 2.3.3 Ni-P-PTFE复合镀层的摩擦磨损性能分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 钛合金微弧氧化-复合PTFE涂膜及其摩擦磨损性能研究
• 3.1 实验方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验装置
• 3.1.3 测试分析方法
• 3.2 实验方案及过程
• 3.2.1 实验过程
• 3.2.2 微弧氧化处理
• 3.3 结果与分析讨论
• 3.3.1 微弧氧化电压对氧化膜的影响
• 3.3.2 微弧氧化时间对氧化膜的影响
• 3.3.3 微弧氧化-复合PTFE涂膜形貌及摩擦磨损性能分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论著和科研获奖情况