高温氧化对钛合金微弧氧化陶瓷膜组成与结构的影响

针对钛合金不耐高温氧化的问题,在铝酸钠电解液体系中,利用双相脉冲直流微弧氧化技术,在TC4钛合金表面原位生长以Al2TiO5为主晶相的复合氧化物陶瓷膜,研究了1000℃高温氧化对陶瓷膜试样的相组成、结构的影响及膜层增重特点.研究表明,陶瓷膜层试样的高温氧化过程包括Al2TiO5分解、基体氧化和膜层表面形貌变化3个方面.高温氧化后,膜层的主晶相由Al2TiO5变为α-Al2O3和金红石型TiO2,同时,膜层的表面形貌发生显著的变化;由于膜层和基体的热膨胀系数不同和基体钛的氧化,使得高温氧化后膜层在冷却过程中表面出现裂纹和脱壳.陶瓷膜层极大地减少了TC4钛合金在1000℃高温氧化时的增重,因此,陶瓷膜层可用于TC4钛合金的恒温氧化防护.     

渗铝铌合金微弧氧化的电解液优化及膜层抗氧化性

为了提高铌合金的抗高温氧化性能,先对铌合金C103进行包埋渗铝处理,再进行微弧氧化(MAO)处理获得Al2O_3陶瓷膜。对涂层的形貌、硬度、成分及高温氧化增重进行分析,通过单因素法优选了微弧氧化电解液配方。采用最佳电解液配方制备复合涂层(MAO/Al/C103),并与仅经包埋渗铝制备的涂层(Al/C103)进行对比分析,研究了复合涂层的抗高温氧化性能。结果表明:根据MAO膜层的硬度和厚度,获得微弧氧化的最佳电解液配方为10.0 g/L NaAlO_2+5.0 g/L NaOH+7.0 g/L Na_2WO_4+5.0 g/L NaF+2.5 g/L Na_2EDTA;在1 100℃高温氧化下,MAO/Al/C103试样氧化10 h的增重为5.5 mg/cm~2,小于Al/C103试样的9.4 mg/cm~2,表现出更好的抗氧化性。     

焦磷酸盐对AZ31镁合金微弧氧化陶瓷膜层的影响

在Na_2SiO_3-KOH-NaF基础电解液中添加焦磷酸盐(K_4P_2O_7),通过微弧氧化技术在AZ31镁合金表面制备陶瓷膜层。利用SEM、EDS、XRD等分析方法探讨K_4P_2O_7添加剂对陶瓷膜层微观组织形貌与相组成的影响。在3.5%NaCl溶液中进行动电位极化曲线测试,分析研究了陶瓷膜层的耐腐蚀性能。研究结果表明,电解液中K_4P_2O_7的加入使制备的膜层粗糙度增加,而陶瓷膜层主要由MgO、MgF_2、MgSiO_4和Mg_2O_7P_2组成。动电位极化曲线表明,加入K_4P_2O_7的电解液中制备的陶瓷膜层能够对基体起到较好的腐蚀防护作用。当电解液中的K_4P_2O_7的浓度为3g/L时,所制备的陶瓷膜层具有最佳的耐蚀性。而随着K_4P_2O_7浓度进一步增大,陶瓷膜层的耐蚀性却随之降低。     

阴/阳极电压对钛合金微弧氧化膜特性影响的研究

在Na2CO3-Na2SiO3溶液中,采用正负不对称交流微弧氧化电源在钛合金上制备出了多孔金红石TiO2薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)分别研究了钛合金微弧氧化陶瓷膜的相组成和微观结构,实验结果表明,氧化膜主要由大量金红石和少量锐钛矿TiO2组成;膜表面布满了尺寸不到4μm的小孔,膜截面没有明显的疏松层和致密层之分.对微弧氧化样品在3.5%NaCl溶液中的抗点腐蚀测试表明,阴极峰值电压与样品的耐腐蚀性能密切相关,当阴、阳极峰值电压和处理时间分别为45、320V和30min所制备的钛合金微弧氧化样品其抗点腐蚀能力最强.     

电解液中Na_2WO_4对Ti_2AlNb微弧氧化膜结构及摩擦磨损性能的影响

选取硅酸盐/磷酸盐体系在Ti_2AlNb表面制备微弧氧化陶瓷膜,利用SEM,XRD,XPS等研究了电解液中Na_2WO_4对氧化膜生长过程、微观结构及成分的影响,同时评价了Ti_2AlNb微弧氧化膜的摩擦磨损行为。结果表明:硅酸盐/磷酸盐电解液中,氧化膜生长速率仅为0.08μm/min,膜层较疏松,表面存在大孔相连的"网状"结构,主要相组成为金红石TiO_2、锐钛矿TiO_2、Al_2O_3及Nb_2O_5。电解液中加入Na_2WO_4,缩短了Ti_2AlNb合金的起弧时间、提高了氧化膜的生长速率、改善了膜层均匀性,同时在膜层中引入了少量WO_3。此外,在Na_2WO_4参与下制备的微弧氧化膜的耐磨性更好。与Si_3N_4对磨时,Ti_2AlNb合金发生严重的磨粒磨损,摩擦因数高达0.5~0.7;含4g/L Na_2WO_4电解液中制备的Ti_2AlNb微弧氧化膜的摩擦因数、比磨损率分别为0.24及6.2×10~(-4) mm~3/(N·m),表面仅出现"鱼鳞状"疲劳磨损特征。     

SiCP/AZ31镁基复合材料微弧氧化膜结构与性能分析

采用微弧氧化表面处理技术在SiC颗粒增强AZ31镁基复合材料表面制备保护性陶瓷膜.分析了陶瓷膜的表面形貌、截面组织和相组成,并测量了膜层的硬度、热震和电化学腐蚀特性.结果表明,陶瓷膜由MgO、Mg₂SiO₄和少量同电解液组成元素相关的相所组成,膜内还残留少量SiC_P增强体.膜层的最高硬度可达到HV800,比复合材料基体提高五倍以上.经过100次热循环(500℃→水淬)后膜层与复合材料结合良好,显示该膜层有较好的抗热震性能.微弧氧化处理后,SiC_P/AZ31镁基复合材料的抗腐蚀能力得到较大提高.     

TA2纯钛微弧氧化陶瓷膜层的颜色和性能

在添加乙酸铜、乙酸镁的磷酸-氟锆酸钾电解液中对纯钛TA2基体进行微弧氧化处理,制备出颜色均匀的浅棕色陶瓷膜层。通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微分析(SEM)及附带的能谱(EDS),研究了陶瓷膜的表面和截面形貌、元素分布、相组成;用分光光度计测量了膜层的颜色,根据热震试验和三点弯曲法评价了膜层与基体的结合强度。结果表明:随着微弧氧化时间的延长,膜层中铜镁元素的含量增加,膜层的颜色随之发生变化,膜层与基体的结合强度降低。热震实验结果表明,膜层与基体有较高的结合强度。     

溶液体系对微弧氧化陶瓷膜的影响

电解质溶液的成分及浓度对微弧氧化陶瓷膜的生长和性能的影响较大,不同的电解液,有不同的工作电压范围,制得的氧化膜层的厚度、硬度、孔隙率及防护性能也将随之改变。研究了4种不同溶液体系对微弧氧化陶瓷膜的厚度、生长速度和硬度的影响。结果表明,在相同的时间内,铝酸盐溶液体系中生成的微弧氧化陶瓷膜最厚,磷酸盐体系最薄;氢氧化钠溶液体系膜的平均生长速度较慢,各体系膜层的硬度接近。     

Na2SiO3-Na2WO4电解液体系中丙三醇对ZAlSi12Cu2Mg微弧氧化膜形成的影响

电解液组成是影响微弧氧化陶瓷膜形成重要的因素。在Na2SiO3-Na2WO4复合电解液体系下，对ZAlSi12Cu2Mg1微弧氧化陶瓷膜的形成进行研究，通过改变丙三醇的含量，研究了其对微弧氧化的临界起弧电压、稳定氧化时间和陶瓷膜层厚度的影响。并测定了陶瓷膜的相组成。结果表明：丙三醇含量从0ml／L到10ml／L变化时，临界起弧正向电压由360V逐渐升高至408V；膜层厚度从63μm逐渐增加到156μm；稳定氧化时间由16min延长到26min；XRD分析表明：陶瓷膜层中主要由莫来石、SiO2和α-Al2O3和γ-Al2O3相组成。     

NaAlO_2浓度对发动机用Ti600合金微弧氧化层组织及摩擦性的影响

为了提高发动机用Ti600合金的表面的抗氧化性,对其表面进行恒流模式微弧氧化处理,研究NaAlO_2浓度对Ti600合金微弧氧化层组织及摩擦性的影响。研究结果表明:在最初的3 min时间内,电压发生了快速上升的现象,之后变的平稳。氧化层形成了许多微孔结构,在表面形成了具有不连续部分特点的氧化物。NaAlO_2浓度越高生成的氧化层越均匀。试样表面生成了致密与疏松结构两种氧化膜组织,达到了良好冶金相容的效果。Ti600合金经过微弧处理可以获得良好的减摩效果,得到了具有致密组织结构的较厚微弧氧化膜,达到了更优的耐磨性。当NaAlO_2浓度12 g/L时,形成疏松的氧化层,在磨损期间较易被磨损破坏,形成平整的磨痕。     

镁合金微弧氧化绿色陶瓷膜的制备

为了开发更多颜色的微弧氧化陶瓷膜层,通过试验在AZ91D镁合金表面制备出了绿色陶瓷膜层,分别研究了着色盐K2Cr2O7添加量为0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4g/L时和微弧氧化时间为5,10,20,30,40 min时对陶瓷膜的影响规律.结果表明:在10 g/L NaAlO2、1 g/L K2Cr2O7、少量NaOH和H2O2的电解液中进行微弧氧化着色反应,可以得到颜色均匀、致密性较好的绿色陶瓷膜层;陶瓷膜颜色的深浅可以通过微孤氧化时间来控制,微弧氧化时间越长,所得到的膜层颜色越深.绿色氧化膜的成分主要由MgO、Al2O3和MgCr2O4组成,其中MgCr2O4是使膜层产生颜色的物质.     

SiCP/AZ31镁基复合材料微弧氧化膜结构与性能分析

采用微弧氧化表面处理技术在SiC颗粒增强AZ31镁基复合材料表面制备保护性陶瓷膜.分析了陶瓷膜的表面形貌、截面组织和相组成,并测量了膜层的硬度、热震和电化学腐蚀特性.结果表明,陶瓷膜由MgO、Mg₂SiO₄和少量同电解液组成元素相关的相所组成,膜内还残留少量SiC_P增强体.膜层的最高硬度可达到HV800,比复合材料基体提高五倍以上.经过100次热循环(500℃→水淬)后膜层与复合材料结合良好,显示该膜层有较好的抗热震性能.微弧氧化处理后,SiC_P/AZ31镁基复合材料的抗腐蚀能力得到较大提高.     

氧化时间对TC11钛合金表面微弧氧化膜的耐烧蚀性能影响

在NaSiO_3(2g/L)、NaH_2PO_2(2g/L)、NaAlO_2(3g/L)、NaF(1g/L)的混合电解液中采用微弧氧化技术在TC11钛合金表面制备氧化时间不同的微弧氧化膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析各氧化时间下膜层的表面形貌和各元素的含量,采用显微硬度计测出微弧氧化膜的硬度。以某型牵引火炮身管为实验平台,采用自行设计的烧蚀实验装置模拟发射状态下火炮身管内膛工况条件。在每次装药(14孔火药)为15g条件下,对膜层进行重复烧蚀检实验,检测微弧氧化膜的耐烧蚀性能。结果表明,氧化时间为20min时TC11表面微弧氧化膜具有良好的微观形貌,烧蚀20次后质量损失率最低,为0.0264%。本实验可以为火炮轻量化以及身管内膛耐烧蚀问题提供参考借鉴。     

Na2SiO3-Na2WO4-丙三醇电解液中Na2SiO3对ZAlSi12Cu2Mg1微弧氧化膜形成的影响

电解液组成对微弧氧化陶瓷膜的形成具有重要作用。在Na2SiO3-Na2WO4-丙三醇复合电解液体系下，对ZAlSi12Cu2Mg1合金微弧氧化陶瓷膜的形成进行研究，通过改变Na2SiO3的含量，研究了其对微弧氧化的临界起弧电压、稳定氧化时间、陶瓷膜层厚度、膜层生长速率和陶瓷膜层相组成的影响。结果表明：Na2SiO3含量从6g／L到12g／L变化时，膜层厚度从154μm逐渐增加到174μm；稳定氧化时间由27min缩短为18min；膜层生长速率约从5．70μm／min提高到9．67μm／min；但Na2SiO3含量超过12g／L时，膜层厚度却不再增加了；当Na2SiO3含量为14g／L时，膜层厚度为166μm；当Na2SiO3含量为8g／L时，临界起弧正向电压达385V，负向电压达最低值为27V。XRD分析表明：陶瓷膜层中含有莫来石、SiO2、α-Al2O3和γ-Al2O3相，陶瓷膜层的莫来石、Si02、α-Al2O3和γ—Al2O3相含量随电解液Na2SiO3含量变化而变化。     

TC4合金微弧氧化涂层的组织结构与高温氧化行为研究

为了提高TC4合金的高温抗氧化性能,采用微弧氧化方法在NaAlO₂+Na₃PO₄电解液体系中,于钛合金表面制备抗氧化陶瓷涂层。通过XRD、SEM、EDS等方法,表征涂层的相组成和微观结构,用纳米压痕仪测试涂层硬度与弹性模量,并研究了微弧氧化涂层的抗高温氧化及抗热震性能。结果表明：微弧氧化涂层表面多孔,涂层以Al₂TiO₅和金红石型TiO₂相为主。微弧氧化涂层的纳米硬度为(7.8±0.6) GPa,显著高于TC4合金[(4.0±0.2) GPa]。微弧氧化涂层在700℃循环氧化80 h后,单位面积增重仅0.73 mg/cm²,远小于TC4合金的增重(20 mg/cm²),表现出良好的高温抗氧化性能。经700℃热冲击25次后,涂层未出现剥落现象,展现出良好的抗热震性能。由此可见,微弧氧化涂层能有效阻止氧的扩散,显著降低了钛合金基体的氧化速率,改善了钛合金的抗高温氧化性能。     

不同电解液对2A12铝合金微弧氧化膜耐磨性能的影响

研究在40g/L Na2Si O3溶液中添加8g/LNa2WO4,并在混合电解液中加入ZrO2颗粒,在2A12铝合金基体上原位生长微弧氧化陶瓷膜。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对陶瓷氧化膜微观形貌、元素含量、相组成进行分析,通过摩擦磨损实验检测微弧氧化膜的耐磨性。实验结果表明,添加8g/L Na2WO4生长的陶瓷膜由α-Al2O3和mullite相组成;10N载荷下摩擦,氧化膜致密层完好耐磨;在40g/L Na2Si O3、8g/L Na2WO4混合电解液中添加150g ZrO2制备ZrO2-Al2O3复合陶瓷膜,由α-Al2O3、t-ZrO2和m-ZrO2相组成,30N载荷下摩擦4200s致密层未见脱落。     

四硼酸钠浓度对6061铝合金微弧氧化涂层结构及性能的影响

采用以四硼酸钠(Na_2B_4O_7·10H_2O)为主的电解液对铝合金微弧氧化可提高膜层的硬度等,但未见系统研究四硼酸钠浓度对微弧氧化膜层结构和性能影响的报道。采用恒电压模式在四硼酸钠碱性溶液中对6061铝合金进行微弧氧化,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对氧化陶瓷层的组织结构进行分析,并考察了四硼酸钠浓度对氧化涂层显微组织、硬度、耐磨和耐蚀性能的影响。结果表明:制备的氧化层由疏松层和致密层组成,其中致密层占总膜厚度的75%以上,且与基体材料形成冶金结合;氧化膜层中出现了γ-Al_2O_3和α-Al_2O_3两相,其中γ-Al_2O_3相较多,γ-Al_2O_3和α-Al_2O_3两相的晶化程度不随着电解液里四硼酸钠浓度的变化而变化;氧化膜层具有高的显微硬度和低的表面粗糙度,二者不随电解液四硼酸钠浓度的变化而变化;微弧氧化后6061铝合金耐磨性和耐蚀性提高。     

镁合金微弧氧化黄色陶瓷膜的制备和结构研究

用微弧氧化方法在AZ91D镁合金基体上获得黄色的氧化膜陶瓷层,分别研究了电解液的成分和添加剂对氧化膜的影响规律.结果表明:样品在Na2SiO3为主盐溶液中加入KMnO4的电解液体系进行微弧氧化反应,可以得到颜色均匀、致密性较好的黄色氧化膜陶瓷层;添加柠檬酸钠能降低起弧电压和弧光的强度,减缓反应速度,并且防止孔蚀形成,从而使形成的氧化膜陶瓷层更加致密.     

柠檬酸和EDTA-2Na对钛合金微弧氧化膜性能的影响

为研究柠檬酸(CA)和乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)对钛合金微弧氧化膜性能的影响,在含有Ca,P元素的溶液中对钛合金进行微弧氧化处理,对添加配位剂前后陶瓷膜的化学成分、微观形貌、润湿性能和显微硬度进行了研究.结果表明,CA和EDTA-2Na均能促进微弧氧化膜中羟基磷灰石的形成,其中CA使氧化膜中Al的比例降低至2.7%;EDTA-2Na则促进CaTiO3的形成,并使氧化膜表面Ca/P原子百分比提高至1.83.加入上述两种配位剂后,微弧氧化膜均能保持良好的润湿性能.虽然加入配位剂后氧化膜的显微硬度有所下降,但仍接近Ti6Al4V合金基体硬度的2倍.     

添加K_2ZrF_6对LY12铝合金微弧氧化膜层结构调制及隔热性能影响

基于K_2ZrF_6在碱性溶液中形成负电Zr(OH)_4颗粒的作用机理,在添加K_2ZrF_6的Na_2SiO_3-KOH溶液中,对LY12铝合金表面进行微弧氧化处理.利用扫描电镜(SEM)、能谱(EDX)和X射线衍射仪(XRD)探讨了K_2ZrF_6添加剂对成膜速率、膜层形貌及结构的调制作用,并借助热阻隔性能测试评价了不同溶液中所形成膜层的热阻隔效果.结果表明,溶液中添加K_2ZrF_6增大了微弧氧化的成膜速率,使膜层的内外表面较为平整,且膜层中大尺寸缺陷减少.EDX线扫描分析表明,添加K_2ZrF_6后形成的膜层中出现大量Zr元素,且其含量随距膜/基界面距离的增加而增加.XRD结果显示,未添加K_2ZrF_6溶液制得的膜层主要由γ-Al_2O_3和α-Al_2O_3相组成;添加K_2ZrF_6后,膜层中晶态氧化物含量降低、非晶态物质增多.隔热性能测试显示,经K_2ZrF_6调制后的膜层具有更加优良的热阻隔性能.