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小电流密度钛合金TC4微弧氧化膜制备研究

作　者: 牛国君
导　师: 吴佩年
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 微弧氧化钛合金小电流密度交流阻抗耐腐蚀
分类号: TG174.453
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

微弧氧化是近些年来发展起来的一种表面处理技术,主要应用于铝、镁和钛等阀金属表面处理,是由复杂的物理、电化学、热化学和等离子体放电综合作用的结果。在金属表面生成的微弧氧化膜具有优良的耐磨、耐腐蚀等性能,解决了关键零部件诸多应用上的难题。微弧氧化过程会出现火花放电现象并放出大量热,能耗很大,一般处理试件所使用的电流密度为10A/dm²以上,而微弧氧化设备功率是有限的,很难处理大构件,这限制了微弧氧化使用范围,本文针对这一实际应用需求开展研究,提出了在小电流密度下的钛合金TC4微弧氧化处理工艺技术,电流密度不大于1A/dm²。首先研究电解液工艺参数对钛合金TC4微弧氧化膜的影响,确定了磷酸盐、硅酸盐和铝酸盐电解液体系下主成剂的水平值,采用正交试验得到最优的电解液组分,进而研究了三种电解液体系下电参数和时间对钛合金TC4微弧氧化膜特性的影响,确定了三种电解液体系下电参数和时间的水平值,采用正交试验得到最优电参数组合,最后通过对比得出最优的制备工艺方案。研究了电解液稳定性对钛合金TC4微弧氧化膜的影响。研究了纳米Al₂O₃添加剂对钛合金TC4微弧氧化膜的影响。基于正交试验设计和神经网络理论建立了纳米Al₂O₃添加剂、电参数和时间对钛合金TC4微弧氧化膜性能的预测模型。运用交流阻抗技术提出了定量计算膜层孔隙面积和定量比较疏松层和致密层致密性的方法,并分析了纳米Al₂O₃对提高钛合金TC4微弧氧化膜耐腐性的作用机理。最后对三种电解液体系下微弧氧化膜XRD图的分析,推测出在微弧氧化过程中可能发生的化学反应,并通过热力学推测化学反应发生的可能性,以及一些化学反应的条件。运用交流阻抗技术分析了钛合金TC4微弧氧化两种后处理方式提高微弧氧化膜耐腐性的作用机理。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-13
  1.1 课题来源及研究意义和目的  9
    1.1.1 课题来源  9
    1.1.2 课题研究意义  9
    1.1.3 课题研究目的  9
  1.2 微弧氧化技术  9-12
    1.2.1 微弧氧化技术  9-10
    1.2.2 微弧氧化技术发展现状  10
    1.2.3 微弧氧化机理  10
    1.2.4 钛合金微弧氧化国内外研究现状  10-11
    1.2.5 钛合金微弧氧化存在的问题  11-12
  1.3 本课题研究的主要内容  12-13
第2章试验条件和试验方法  13-18
  2.1 试验条件  13-16
    2.1.1 试验设备  13-14
    2.1.2 试验材料  14
    2.1.3 试验试剂  14
    2.1.4 测试方法  14-16
  2.2 试验方法优化  16-17
  2.3 本章小结  17-18
第3章小电流密度钛合金TC4 微弧氧化膜制备工艺的研究  18-48
  3.1 三种电解液体系下工艺参数对钛合金TC4 微弧氧化膜的影响  18-21
    3.1.1 磷酸盐体系对钛合金TC4 微弧氧化膜的影响  18-19
    3.1.2 硅酸盐体系对钛合金TC4 微弧氧化膜的影响  19-20
    3.1.3 铝酸盐体系对钛合金TC4 微弧氧化膜的影响  20-21
  3.2 三种电解液体系下工艺参数的正交试验研究及分析  21-25
    3.2.1 磷酸盐体系下正交试验研究及分析  22-23
    3.2.2 硅酸盐体系下正交试验研究及分析  23-24
    3.2.3 铝酸盐体系下正交试验研究及分析  24-25
  3.3 三种电解液体系下电参数和时间对钛合金TC4 微弧氧化膜的影响  25-40
    3.3.1 磷酸盐体系下电参数和时间对钛合金TC4 微弧氧化膜的影响  25-31
    3.3.2 硅酸盐体系下电参数和时间对钛合金TC4 微弧氧化膜的影响  31-35
    3.3.3 铝酸盐体系下电参数和时间对钛合金TC4 微弧氧化膜的影响  35-40
  3.4 三种电解液体系下电参数和时间正交试验研究及分析  40-44
    3.4.1 磷酸盐体系电参数和时间正交试验研究及分析  41-42
    3.4.2 硅酸盐体系电参数和时间正交试验研究及分析  42-43
    3.4.3 铝酸盐体系电参数和时间正交试验研究及分析  43-44
  3.5 最优制备工艺方案的确定  44-45
  3.6 电解液稳定性对微弧氧化膜的影响  45-47
    3.6.1 电解液稳定性对膜层厚度的影响  45-46
    3.6.2 电解液稳定性对膜层耐腐性的影响  46-47
  3.7 本章小结  47-48
第4章纳米Al_20_3对钛合金TC4 微弧氧化膜改性的研究  48-64
  4.1 纳米Al_20_3 添加剂对微弧氧化膜的影响  48-50
    4.1.1 纳米Al_20_3 添加剂对微弧氧化膜表面形貌的影响  48
    4.1.2 纳米Al_20_3 添加剂对微弧氧化膜厚度的影响  48-49
    4.1.3 纳米Al_20_3 添加剂对微弧氧化膜耐腐性的影响  49-50
  4.2 运用神经网络建立Al_20_3、电参数和时间对微弧氧化膜性能预测模型  50-55
    4.2.1 试验方案的确定  50
    4.2.2 试验结果  50-51
    4.2.3 运用神经网络建立预测模型  51-55
  4.3 计算膜层孔隙面积和比较膜层致密性方法的研究  55-60
    4.3.1 膜层的电阻、疏松层和致密层电容随浸泡时间的变化规律  56-57
    4.3.2 膜层的自腐蚀电流与膜层电阻、疏松层和致密层电容之间关系  57-58
    4.3.3 膜层自腐蚀电流与膜层孔隙面积、疏松层和致密层致密性之间关系的研究  58-60
  4.4 纳米Al_20_3 对提高微弧氧化膜层耐腐蚀性机理的研究  60-63
  4.5 本章小结  63-64
第5章小电流密度钛合金TC4 微弧氧化反应的研究  64-75
  5.1 不同电解液体系微弧氧化热力学反应的研究  64-70
    5.1.1 磷酸盐体系微弧氧化热力学反应的研究  64-68
    5.1.2 铝酸盐体系微弧氧化热力学反应机理的研究  68-69
    5.1.3 硅酸盐体系微弧氧化热力学反应机理的研究  69-70
  5.2 两种后处理方式对钛合金TC4 微弧氧化膜耐腐性能的研究  70-74
    5.2.1 两种处理方式对钛合金TC4 微弧氧化膜耐腐性的影响  70-71
    5.2.2 两种处理方式提高钛合金TC4 微弧氧化膜耐腐性机理的研究  71-74
  5.3 本章小结  74-75
结论  75-76
参考文献  76-80
攻读硕士学位期间所发表的学位论文  80-82
致谢  82

小电流密度钛合金TC4微弧氧化膜制备研究

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