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钛合金微弧氧化陶瓷膜层的研究进展

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    钛合金具有熔点高、耐腐蚀、比强度高等突出优点,在航空航天、海洋开发、人工植入体等领域具有广泛的应用前景。但也有自身的不足,如耐磨性差、硬度低等缺点。因此,需要对其表面进行强化处理,微弧氧化技术可在钛合金表面原位生长出致密的氧化物陶瓷膜层,其抗磨损性、耐腐蚀性优异,使钛合金的应用得到了广泛推广。

    微弧氧化是一种在铝、镁、钛等阀金属及其合金表面原位生成陶瓷膜的表面强化技术。在汉斯出版社《材料科学》期刊中,有论文介绍了微弧氧化技术的基本原理,综述了电解液及添加剂、电压、频率、电流密度、占空比、温度、氧化时间和超声辅助等对钛合金微弧氧化膜层的微观结构、物相组成、膜厚、硬度和耐蚀、耐磨性能的影响,最后对微弧氧化技术的发展提出了展望。

    微弧氧化过程中同时存在化学氧化、电化学氧化、等离子体氧化等,因此微弧氧化膜的形成过程较为复杂。微弧氧化机理主要围绕氧化膜的电击穿和氧化膜微孔内气体放电两部分展开,并提出了热作用、机械作用和电子雪崩等机理。目前电子雪崩机理最被认同,认为微弧氧化过程中,电子在电场的作用下被加速运动,从电解液中高速射入基体表面的氧化膜,与其他的原子发生碰撞后电离出电子,这些电子以同样的方式电离出更多的电子,便形成了电子雪崩,产生电击穿现象。

    钛合金微弧氧化工艺流程分为四个阶段。第一阶段:普通阳极氧化,选取适当的工艺参数接通电源后,钛合金表面析出大量氧气微泡,并生成一层绝缘钝化氧化膜;第二阶段:微区弧光放电,在强电场作用下钝化氧化膜被击穿形成等离子体,钛合金表面出现微小的火花点;第三阶段:微弧氧化,随着电压升高,火花点逐渐变大,密度逐渐增加,钛合金表面呈现均匀的微弧放电点,并伴有很强的爆鸣声,微弧点密度逐渐减少,强度逐渐增加;第四阶段:熄弧,钛合金表面微弧点及爆鸣声逐渐稀疏直至消失。

    微弧氧化作为一种表面改性技术,受电解液体系、电压、频率、电流密度、占空比、温度和氧化时间等因素的影响,可以通过控制和调整这些影响因素,得到质量较好的陶瓷膜层。钛合金微弧氧化陶瓷涂层兼备了阳极氧化膜和陶瓷涂层两者的优点。通过对钛合金进行微弧氧化处理,提高了钛合金表面性能,延长了其使用寿命。但是目前研究深度还存在许多欠缺,还需要从加强机理研究、优化工艺研究、加强开发循环可持续电解液的研究、加强封孔技术研究等这几个方面进行深入研究,使微弧氧化技术得到更加广泛应用。


2019hansi

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