Ti-6Al-4V合金等離子體電解氧化的研究.pdf

1、為了揭示鈦合金等離子體電解氧化（Plasma electrolytic oxidation，PEO）的特點(diǎn)，本文首先在Na2SiO3與(NaPO3)6電解液中對(duì)Ti-6Al-4V合金與 Zr-2合金進(jìn)行等離子體電解氧化的比較研究，深入分析了兩種合金表現(xiàn)出不同成膜過(guò)程動(dòng)力學(xué)及不同膜層微觀結(jié)構(gòu)的原因。其次，研究了恒流和恒壓模式下鋁酸鹽電解液中的Ti-6Al-4V等離子電解氧化行為，評(píng)估了膜層的耐磨性等性能。本研究得出如下結(jié)論：
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2、、Ti-6Al-4V合金在雙脈沖恒流條件下在Na2SiO3+(NaPO3)6電解液中等離子電解氧化初期膜層生長(zhǎng)速度快于Zr-2合金，但鋯合金上氧化膜生長(zhǎng)速度隨時(shí)間加快,大約800 s之后鋯合金上的膜層厚度與鈦合金相近，在3600 s時(shí)，鋯合金上氧化膜厚度遠(yuǎn)高于鈦合金上的膜層厚度。該結(jié)果表明，Ti-6Al-4V合金的成膜效率低于鋯合金的成膜效率，其原因歸因于鈦合金消耗了更多電流密度用于陽(yáng)極過(guò)程的氧氣釋放。
　　2、研究了兩種合金的陽(yáng)

3、極氣體析出行為，Ti-6Al-4V合金PEO膜層在恒定正電壓400 V~600 V顯示強(qiáng)烈的氧氣釋放；而Zr-2合金膜層在該電壓區(qū)間只有少量的氧氣釋放。然而，鋯合金在電壓為600 V時(shí)，電極表面出現(xiàn)強(qiáng)烈的等離子體放電，此時(shí)表現(xiàn)出異常氣體釋放，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了利用法拉第定律估計(jì)產(chǎn)生的氧氣。Ti-6Al-4V合金同樣會(huì)異常氣體釋放，但發(fā)生的電壓更高（640V），且其產(chǎn)生的氣體比Zr-2合金要少。
　　3、鈦合金的等離子體電解氧化膜為“珊瑚礁

4、”結(jié)構(gòu)，而鋯合金的氧化膜微觀結(jié)構(gòu)中存在大量“餅狀結(jié)構(gòu)”，分析了兩種不同合金展現(xiàn)不同微觀結(jié)構(gòu)的原因，認(rèn)為氧化鈦和氧化鋯的導(dǎo)電性能的不同是導(dǎo)致這兩種不同結(jié)構(gòu)的主要因素。由于氧化鋯的高電阻特性，等離子氧化過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的B型火花放電，該放電類型導(dǎo)致的氧化膜中的餅狀結(jié)構(gòu)，而鈦合金氧化膜的半導(dǎo)體性質(zhì)，決定了氧化膜表層或淺層的A和C型放電占主導(dǎo)地位，形成珊瑚礁狀結(jié)構(gòu)?；诒狙芯刻岢隽蒜伜辖鸷弯喓辖鸬入x子電解氧化過(guò)程中的放電模型。
　　4、在

5、NaAlO2電解液中，Ti-6Al-4V合金在恒壓條件下隨PEO處理時(shí)間的延長(zhǎng)膜層出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，脫落現(xiàn)象在電解液濃度提高時(shí)更為嚴(yán)重。在15 g/L NaAlO2+1g/L KOH電解液中處理60min時(shí)膜層厚度只有~29μm。在該電解液中PEO處理30min（膜厚~33μm）的膜層在載荷為2N時(shí)未磨穿，在載荷為10N時(shí)35s左右被磨穿，但處理60min的膜層（~29μm）耐磨性提高，膜層在載荷為5N時(shí)未磨穿；在32g/L NaAlO2+

6、1g/L KOH電解液中處理2min、30min的膜層在載荷為2N條件下摩擦實(shí)驗(yàn)，結(jié)果處理2min的膜層具有更好的耐磨性，但耐磨性相比在15 g的膜層有所下降。
　　5、用發(fā)射光譜研究了恒流條件下Ti-6Al-4V合金在8g/L NaAlO2+1g/L KOH電解液中PEO處理時(shí)的等離子體發(fā)光行為。其發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間增加，光譜中譜線主要是Na、Hα譜線；在該電解液中形成的氧化膜相組成主要為鈦酸鋁、金紅石相。處理30min的膜層微觀形