【摘要】：目的研究CuSO_4濃度和微弧氧化工藝參數(shù)(電壓、氧化時間)對TC4鈦合金微弧氧化膜顏色及性能的影響。方法在磷酸鈉電解液中,對TC4鈦合金進(jìn)行微弧氧化處理,并添加CuSO_4獲得不同顏色的陶瓷膜,對氧化膜的宏觀形貌、微觀形貌、物相結(jié)構(gòu)以及硬度進(jìn)行分析。結(jié)果添加CuSO_4能使陶瓷膜顏色變深,隨著CuSO_4濃度升高,膜層由灰色逐漸變?yōu)榧t褐色。當(dāng)CuSO_4質(zhì)量濃度為0.5 g/L時,氧化膜表面均勻致密,顯微硬度最高(627.1HV);當(dāng)CuSO_4質(zhì)量濃度為1.5 g/L時,氧化膜顯微硬度最低(382.8HV)。隨著電壓升高,膜層顏色加深,色澤更均勻,但表面硬度下降。在400 V條件下制備的氧化膜硬度最低,但是色澤最均勻。隨著氧化時間的延長,氧化膜厚度增加,顏色加深,色澤更為均勻,但是當(dāng)氧化時間超過15 min后,氧化膜顏色變淺。結(jié)論 CuSO_4對微弧氧化膜的顯色作用明顯,其濃度及微弧氧化工藝參數(shù)(電壓、氧化時間)均對涂層性能、色澤、致密性、厚度及相組成具有很大的影響。
【圖文】：

表面技術(shù)2015年12月圖1不同CuSO4濃度下所得氧化膜的XＲD圖譜Fig．1XＲDspectrumofphasecompositionofthecoatingspre-paredatdifferentconcentrationsofCuSO4圖2不同CuSO4濃度下所得氧化膜的宏觀照片F(xiàn)ig．2MacroscopicphotosofthecoatingspreparedatdifferentconcentrationsofCuSO4質(zhì)量濃度為1g/L時，氧化膜顏色均勻，呈軍綠色，表面比前兩種氧化膜更為光滑(見圖2c);CuSO4質(zhì)量濃度為1．5g/L時，氧化膜變?yōu)榧t褐色，表面光滑，顏色均勻程度低于圖2c的樣品，并有小白色斑點(diǎn)(見圖2d)。圖3為不同濃度CuSO4條件下制備的微弧氧化膜層的微觀形貌。如圖3a所示，不添加著色劑時，氧化膜放電孔洞的孔徑差別較大，并表現(xiàn)出大孔徑放電孔洞聚集現(xiàn)象;如圖3b所示，CuSO4質(zhì)量濃度為0．5g/L時，氧化膜形貌最為均勻，放電孔洞的孔徑差別減小;如圖3c所示，CuSO4質(zhì)量濃度為1．0g/L時，氧化膜的放電孔洞增大;如圖3d所示，CuSO4質(zhì)量濃度為1．5g/L時，氧化膜放電孔洞的孔徑急劇增大，孔徑差別大，膜層不均勻，并且出現(xiàn)了微裂紋。這是因?yàn)殡S著銅離子濃度的增大，電解液的電導(dǎo)率提高，使得氧化過程中的放電更加劇烈，更多的銅離子進(jìn)入膜層，使膜層顏色加深。該分析與實(shí)驗(yàn)過程的現(xiàn)象相符:隨著CuSO4濃度的升高，微弧氧化反應(yīng)變得更劇烈，當(dāng)CuSO4質(zhì)量濃度為1．5g/L時還發(fā)出響亮的爆鳴聲。由能譜分析可知，隨著CuSO4濃度升高，膜層中Cu元素的含量也升高，CuSO4質(zhì)量濃度分別為0．5，1．0，1．5g/L時，膜層中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0．08%，圖3不同CuSO4濃度下所得氧化膜的微觀形貌Fig．3MicrostructureofthecoatingspreparedatdifferentconcentrationsofCuSO4·64·

表面技術(shù)2015年12月圖1不同CuSO4濃度下所得氧化膜的XＲD圖譜Fig．1XＲDspectrumofphasecompositionofthecoatingspre-paredatdifferentconcentrationsofCuSO4圖2不同CuSO4濃度下所得氧化膜的宏觀照片F(xiàn)ig．2MacroscopicphotosofthecoatingspreparedatdifferentconcentrationsofCuSO4質(zhì)量濃度為1g/L時，氧化膜顏色均勻，呈軍綠色，表面比前兩種氧化膜更為光滑(見圖2c);CuSO4質(zhì)量濃度為1．5g/L時，氧化膜變?yōu)榧t褐色，表面光滑，顏色均勻程度低于圖2c的樣品，并有小白色斑點(diǎn)(見圖2d)。圖3為不同濃度CuSO4條件下制備的微弧氧化膜層的微觀形貌。如圖3a所示，不添加著色劑時，氧化膜放電孔洞的孔徑差別較大，并表現(xiàn)出大孔徑放電孔洞聚集現(xiàn)象;如圖3b所示，CuSO4質(zhì)量濃度為0．5g/L時，氧化膜形貌最為均勻，放電孔洞的孔徑差別減小;如圖3c所示，CuSO4質(zhì)量濃度為1．0g/L時，氧化膜的放電孔洞增大;如圖3d所示，CuSO4質(zhì)量濃度為1．5g/L時，氧化膜放電孔洞的孔徑急劇增大，孔徑差別大，膜層不均勻，并且出現(xiàn)了微裂紋。這是因?yàn)殡S著銅離子濃度的增大，電解液的電導(dǎo)率提高，使得氧化過程中的放電更加劇烈，更多的銅離子進(jìn)入膜層，使膜層顏色加深。該分析與實(shí)驗(yàn)過程的現(xiàn)象相符:隨著CuSO4濃度的升高，微弧氧化反應(yīng)變得更劇烈，當(dāng)CuSO4質(zhì)量濃度為1．5g/L時還發(fā)出響亮的爆鳴聲。由能譜分析可知，隨著CuSO4濃度升高，膜層中Cu元素的含量也升高，，CuSO4質(zhì)量濃度分別為0．5，1．0，1．5g/L時，膜層中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0．08%，圖3不同CuSO4濃度下所得氧化膜的微觀形貌Fig．3MicrostructureofthecoatingspreparedatdifferentconcentrationsofCuSO4·64·
【作者單位】： 廣西大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(51371059) 廣西自然科學(xué)基金(2014GXNSFCA118013,2010GXNSFD013006) 廣西高等學(xué)校高水平創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(第二批) 廣西自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2011GXNSFF018001)~~
【分類號】：TG174.45

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本文編號：2551219