鎂合金表面TiO2-Ti復(fù)合改性層的制備及性能研究.pdf

1、鎂及其合金具有優(yōu)良性能和廣闊的應(yīng)用前景，但其較差的耐腐蝕和耐磨損性能限制了其應(yīng)用，采用各種表面改性技術(shù)提高鎂合金的耐腐蝕和磨損性能成為鎂合金研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。論文通過閉合場非平衡磁控濺射離子鍍（CFUBMSIP）-微弧氧化（MAO）復(fù)合表面處理技術(shù)在鎂合金表面制備TiO2/Ti復(fù)合改性層，利用掃描電鏡（SEM）、能譜分析儀（EDS）、X射線衍射（XRD）、摩擦磨損、電化學(xué)腐蝕、納米壓入等方法，分析了工藝參數(shù)對(duì)鎂合金表面復(fù)合改性層組織結(jié)

2、構(gòu)和性能的影響規(guī)律，探討了復(fù)合改性層的形成機(jī)理，研究了鎂合金表面不同結(jié)構(gòu)改性層的力學(xué)性能和腐蝕磨損性能變化規(guī)律，為提高鎂合金的綜合服役性能和拓展鎂合金的應(yīng)用范圍提供了參考。得到的主要研究結(jié)果如下：
　　1）采用閉合場非平衡磁控濺射離子鍍（CFUBMSIP）技術(shù)在鎂合金表面沉積了純Ti薄膜，膜層厚度約為4μm，沿截面均勻分布，結(jié)構(gòu)致密，與基體結(jié)合良好。
　　2）對(duì)磁控濺射滲鍍Ti層進(jìn)行微弧氧化，在鎂合金表面制備Ti O2/Ti

3、復(fù)合改性層。復(fù)合改性層表面為多孔結(jié)構(gòu)，主要有金紅石和銳鈦礦、Mg2SiO4及Ti相組成。Ti層的厚度隨微弧氧化時(shí)間的延長而減少，而氧化層厚度不斷增加，12 min時(shí)Ti層全部微弧氧化轉(zhuǎn)化為TiO2陶瓷層。
　　3）對(duì)不同時(shí)間微弧氧化后的復(fù)合改性層的電化學(xué)腐蝕檢測結(jié)果表明，微弧氧化6 min時(shí)TiO2/Ti改性層的自腐蝕電位最高，腐蝕速率最低，比鎂合金基體降低2個(gè)數(shù)量級(jí)，表現(xiàn)出最優(yōu)的耐蝕性能。
　　4）摩擦磨損試驗(yàn)顯示，微弧氧

4、化時(shí)間為6 min時(shí)，TiO2/Ti復(fù)合改性層的比磨損率同樣為最低。
　　5）比較鎂合金基體及不同表面處理后的改性層在3.5％NaCl水溶液中的腐蝕磨損性能表明，鎂合金基體、滲鍍Ti層、直接微弧氧化層、TiO2/Ti復(fù)合改性層和滲鍍鈦完全氧化層的摩擦系數(shù)分別為0.2、0.32、0.3、0.35和0.31，對(duì)應(yīng)的開路電位為-1.47 V、-1.44 V、-1.42 V、-1.31 V和-1.35 V。鎂合金表面的TiO2/Ti復(fù)合改

5、性的開路電位明顯提高，比磨損率最低。
　　6）用納米壓入對(duì)不同表面處理后鎂合金表面改性層截面硬度和彈性模量測試表明，鎂合金直接微弧氧化層和滲鍍鈦完全氧化層的硬度和彈性模量在膜基結(jié)合處產(chǎn)生突變，硬度從3.5GPa降低到約0.6GPa，彈性模量從約72GPa降到25GPa。TiO2/Ti復(fù)合改性層的硬度分布從表面到基體呈線性關(guān)系先升高后緩慢降低，彈性模量變化趨勢相同，有利于膜基綜合承載能力的提高。
　　7）在電解液中添加TiO2