【摘要】：TD3合金作為一種中等鈮含量的Ti_3Al基合金,在航空航天工業(yè)中受到關(guān)注,但TD3合金較差的磨損性能限制了其實(shí)際的應(yīng)用。表面技術(shù)是改善材料耐磨性的的有效方法,用于TD3合金摩擦磨損性能的報(bào)道較少。本文用恒流模式微弧氧化設(shè)備對(duì)TD3合金進(jìn)行微弧氧化表面改性處理,用正交試驗(yàn)對(duì)微弧氧化工藝參數(shù),在優(yōu)選工藝參數(shù)條件下分別添加不同濃度氟化鈉、氫氧化鉀及鎢酸鈉制備微弧氧化層。采用掃描電子顯微鏡、能譜儀及X射線衍射儀分析不同工藝條件下微弧氧化膜層的成分、相組成、表面及截面形貌,用渦流測(cè)厚儀和粗糙度儀分別測(cè)試微弧氧化層的厚度和表面粗糙度,探索電解液對(duì)微弧氧化層生長(zhǎng)及性能的影響,研究不同微弧氧化層的摩擦磨損性能。采用正交試驗(yàn)確定優(yōu)選工藝參數(shù)為:硅酸鈉電解液濃度15g/L,氧化時(shí)間60min,電流密度12A/dm~2,其他工藝參數(shù)為頻率500Hz,占空比10%。在優(yōu)選工藝參數(shù)條件的微弧氧化層表面主要相為Al_2O_3、SiO_2、TiO_2、Nb_2O_5、Al_2SiO_5以及非晶相。微弧氧化層降低了TD3合金的摩擦系數(shù)與磨損率,磨損機(jī)理主要為疲勞磨損與輕微磨粒磨損。隨著氟化鈉添加量的增加,微弧氧化層表面孔隙逐漸減少,致密層越來(lái)越均勻且厚度增大,氟化鈉促進(jìn)TiO_2的形成并產(chǎn)生新相TiF_2。微弧氧化層的平均摩擦系數(shù)與磨損率均逐漸減小。添加3g/L氟化鈉制備的微弧氧化層平均摩擦系數(shù)最小為0.27左右,磨損率為3.37×10~(-7) mm~3/(N·mm),硅酸鈉-氟化鈉電解液中制備的微弧氧化層磨損機(jī)理為疲勞磨損與輕微粘著磨損。隨著氫氧化鉀添加量的增加,微弧氧化層厚度逐漸增大,添加氫氧化鉀能夠促進(jìn)非晶相形成。微弧氧化層的平均摩擦系數(shù)與磨損率均逐漸增加,添加1g/L氫氧化鉀制備的微弧氧化層平均摩擦系數(shù)為0.35,磨損率為3.16×10~(-7) mm~3/(N·mm)。隨著氫氧化鉀添加量的增大,微弧氧化層的磨損機(jī)理由疲勞磨損與輕微粘著磨損轉(zhuǎn)變成嚴(yán)重的疲勞磨損。隨著鎢酸鈉添加量的增加,致密層的厚度逐漸增大,但鎢酸鈉添加過(guò)多導(dǎo)致膜層內(nèi)部存在較多孔隙與缺陷。鎢酸鈉中的WO_4~(2-)形成WO_3,微弧氧化層的平均摩擦系數(shù)與磨損率均表現(xiàn)出先減小后增加的趨勢(shì)。添加4g/L鎢酸鈉制備的微弧氧化層平均摩擦系數(shù)為0.33,磨損率最小為2.14×10~(-7)mm~3/(N·mm)。硅酸鈉-鎢酸鈉電解液中制備的微弧氧化層磨損機(jī)理為疲勞磨損與輕微粘著磨損。
【圖文】：

金屬間化合物由于其密度較低，比強(qiáng)較高受到研究者的關(guān)注，始對(duì)鈦的鋁化物進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，70 年代之后，Ti-Al 系金屬間究的重點(diǎn)，是最具發(fā)展?jié)摿Φ母邷睾辖穑瑢?duì)航空、航天有重要間化合物中，主要有 α2- Ti3Al(DO19結(jié)構(gòu))、γ-TiAl(L10結(jié)構(gòu))、間化合物得到廣泛重視和研究[2]。學(xué)術(shù)界廣泛接受的 Ti-Al 二元相圖(圖 1-1)中[2]，Ti3Al 被稱(chēng)為 α22%-39%(原子)Al 的成分范圍內(nèi)穩(wěn)定，為密排六方結(jié)構(gòu)。含 32%(一致無(wú)序化，變?yōu)轶w心立方結(jié)構(gòu)的 β 相。含 25%(原子)Al 的 αi3Al 在高溫下具有 α2+β 兩相，因此提高了 Ti3Al 的強(qiáng)度并使 T10]。Ti3Al 相的脆-塑性轉(zhuǎn)變溫度大概為 600℃，有序和無(wú)序轉(zhuǎn)11]。

圖 2-1 微弧氧化裝置示意圖1-電源；2-試樣；3-攪拌系統(tǒng)；4-電解槽；5-冷卻槽；6-絕緣板Fig. 2-1 Schematic of the equipment for MAO treatment-power；2-sample；3-stirrer；4-electrolyzer；5-cooling unit；6-insulating pl
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TG174.4;TG146.23;V252.2

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本文編號(hào)：2657515