摘要
钛合金具有比重小、比强度高、耐热性强、耐腐蚀性好、疲劳强度高等优点，被誉为“崛起的第三金属”，日益广泛地应用于航空航天、石油、原子能、船舶制造和外科植入体等高新技术领域中。但是，由于其耐磨性差、容易发热胶着，极易发生高温氧化和吸氢现象从而导致塑性和强度下降；在高温或pH<2的条件下使用时，容易出现极小的裂纹，产生缝隙腐蚀；同时其标准电极电位为-1.63V，会和与之相接触的电极电位差较大的其它金属元件产生较强烈的接触腐蚀，限制了其应用范围。为此，采用表面处理技术改善其使用性能十分重要的。 本文中采用微等离子体氧化技术在钛合金（TC4）表面原位生成陶瓷膜。主要研究了制备陶瓷膜的三种不同体系电解液配方及其相应的工艺参数，分析了影响陶瓷膜性能的相关因素；通过XRD、SEM分析了陶瓷层的相组成和微观结构；并初步探讨了陶瓷膜的生长机理。 通过试验研究，得到了制备陶瓷膜的3个优化电解液配方及相应的工艺参数。并通过分析得到如下规律：（1）电解液体系对膜层性能的影响规律；（2）电流密度对膜层性能的影响规律；（3）终极电压对膜层性能的影响规律；（4）氧化时间对膜层性能的影响规律等。建立了不同体系陶瓷膜的生长动力学模型。研究表明，钛合金微等离子氧化陶瓷膜主要由R-TiO2相、A-TiO2相及电解液沉积物烧结Al2O3·TiO2相等组成，不同电解液体系所得膜层的相组成不同。陶瓷膜的厚度约为10～40μm，硬度约为600～750HV。膜层的微观表面有众多的微孔，微孔周围堆积着等离子体烧结产物。 钛合金微等离子体氧化陶瓷膜的形成过程分为两大阶段，即初始阳极氧化和等离子体火花放电。初始阳极氧化是钛基体在电场作用下与电解液发生电化学反应生成TiO2绝缘薄膜，为等离子体放电创造了必要的基础条件；在第二阶段时，由于化学、电化学、等离子体化学的综合作用钛合金表面孔洞中生成熔融产物，在电解液冷环境中烧结形成陶瓷膜。
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