tc4钛合金微弧氧化zro_2、bn复合膜摩擦磨损性能研究

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1、学校代码：10406分类号：TG174.44学号：120080501001南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）TC4钛合金微弧氧化/ZrO2、BN复合膜摩擦磨损性能研究硕士研究生：王伟导师：赵晴教授申请学位级别：硕士学科、专业：材料物理与化学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：南昌航空大学StudyontheFrictionandWearPerformanceofMAOBN、ZrO2compositecoatingonTC4AlloyADissertationSubmittedfortheDegreeofMa

2、sterOnmaterialsciencebyWeiWANGUndertheSupervisionofProf.QingZHAOSchoolofMaterialScienceandEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaMay,2015摘要在Na2SiO3-Na2WO4-(NaPO3)6-NaF电解液体系中，采用直流脉冲方式对TC4钛合金进行微弧氧化，制备出含有BN和ZrO2颗粒的微弧氧化陶瓷膜层。研究了电解液中BN和ZrO2的含量、电流密度以及氧化时间对膜层表面形貌、复合膜厚

3、度、复合膜粗糙度的影响。对复合膜层的摩擦磨损性能进行研究，并提出耐磨减摩机制。对微弧氧化放电的机制进行研究，分析颗粒从电解液到达膜层表面的控制要素，对颗粒进入膜层过程进行分析。研究结果表明：在8g/LNa2SiO3、6g/L(NaPO3)6、4g/LNa2WO4、0.5g/LNaF2的电解液中分别添加BN、ZrO2微粒，电流密度为8A/dm，频率500Hz，占空比为40%，制备出含有BN和ZrO2微粒的微弧氧化膜层。随着氧化时间的延长，膜层增厚，膜层生长速率减小，表面微孔数目减小，孔径增大，膜层表面粗糙度增加。氧化30min后的微弧氧化BN

4、复合膜的摩擦系数和比磨损率分别为0.05左右、-730.85×10mm/N.m。氧化100min后的ZrO2复合膜的摩擦系数为0.125左右，比磨-73损率为1.5×10mm/N.m。膜层中ZrO2微粒含量为23.59%时的ZrO2复合膜的摩擦-73系数在0.3左右，比磨损率为2.7×10mm/N.m。微弧氧化复合膜的相结构为锐钛矿、金红石相的TiO2、Al2TiO5相、Ti以及第二相粒子BN、ZrO2。微弧氧化膜中的P、Si、W、Ti等主要以非晶态形式存在。随着氧化时间增加，处理电压的增高，锐钛矿相TiO2衍射峰不断减少，金红石相TiO2

5、不断增加。微弧氧化复合膜层的摩擦磨损机理主要表现为粘着磨损、磨粒磨损。BN颗粒在微弧氧化陶瓷层中起到自润滑作用，ZrO2颗粒能够改善微弧氧化膜层的耐磨性能。微弧氧化等离子体放电过程是:电解液和基体金属受到O的等离子体热力学激励发生电化学反应，由多孔结构的氧化层深入到基体金属，同时伴随着等离子体放电的衰减。这样在氧化膜与基体的边界形成外部类似凸透镜形状的半球体、而中心带有凹陷的放电通道，形成火山口。抛出的熔融金属与电极表面的电解液接触，产生热化学、电化学等复杂的反应，冷却后构成了膜层各组成物质。十二烷基苯磺酸钠能大量提高ZrO2在膜层中的的复

6、合量。电迁移在颗粒沉积到微弧氧化膜层当中起着重要作用。关键词：钛合金，微弧氧化，复合颗粒，陶瓷膜，微观形貌，摩擦磨损IAbstractBNandZrO2micro-arcoxidationceramiccoatingscontainingwhichcanbepreparedbyonTC4titaniumalloywithDCpulseinNa2SiO3-Na2WO4-(NaPO3)6-NaFelectrolytesystem.TheeffectsofBNandZrO2compositeparticleinsolution、currentde

7、nsity、oxidationtime、compositefilmthickness、sufacemorphologyandroughnessofthecompositemembranewasstudied.StudiedthefrictionandwearpropertiesofthecompositemembranelayerandWear-resistingantifrictionmechanismbeputtedforward.Studythemechanismofmicro-arcoxidationdischargehole,an

8、alysisofparticlesfromtheelectrolytetofilmlayeronthesurfaceofthecontrolelements,analyzethe