[發(fā)明專利]一種鈦合金耐磨涂層的微弧氧化溶液及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110179072.3
• 申請(qǐng)日: 2011-06-29
• 公開（公告）號(hào): CN102199785A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬鳳倉(cāng);劉平;李偉;劉新寬;陳小紅;何代華;楊麗紅;曹雪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C25D11/26
• 分類號(hào): C25D11/26
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鈦合金耐磨涂層的微弧氧化溶液及應(yīng)用其對(duì)鈦合金表面進(jìn)行微弧氧化獲得耐磨涂層的方法。

背景技術(shù)

鈦及鈦合金具有高比強(qiáng)度、優(yōu)良的耐腐蝕性、良好的高溫性能等,?是新興的結(jié)構(gòu)和功能材料。目前主要用在航空航天、航海、石油、化工、輕工、冶金、汽車、建筑和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。但是,?鈦合金的普遍缺點(diǎn)就是硬度低、耐磨性能差。純鈦的硬度約為150～200Hv?,?鈦合金通常不超過350Hv。這樣的硬度值在很多情況下不能滿足實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的要求。提高鈦合金耐磨性的途徑有兩種：合金化或表面改性。由于合金化成本較高，因此表面改性的方法受到越來越多的關(guān)注。

提高鈦合金表面改性的方法主要有：激光融覆表面處理。常用的融覆體系有Ti?+?B4C、Ti?+?TiC、Ti?+?BN、Ti?+?TiN。該方法可以提高鈦合金表面的性能,?并且處理速度快、使用范圍廣。但是這樣得到的表面一般都很粗糙,?光潔度差,?在融覆層和基體之間很容易引起開裂,?融覆層內(nèi)部也會(huì)出現(xiàn)氣孔和裂紋,?且設(shè)備昂貴。表面沉積涂層法，分為CVD法和PVD法。目前借助CVD?法在鈦基體上沉積TiC、TiB、Ti?(C?,N)?等涂層可以極大地提高鈦合金的表面性能,?獲得高硬度、耐磨性好、耐高溫和耐腐蝕的表面。但是CVD一般要在較高的溫度(1000～1100℃)下進(jìn)行,?容易引起基體組織的結(jié)晶、再長(zhǎng)大等變化,?降低工件的強(qiáng)度和影響工件形狀尺寸。在這樣溫度下涂層與基體界面形成的是脆性層,涂層與基體容易產(chǎn)生脆性破裂。PVD法,?目前利用PVD法已經(jīng)可以在鈦基體表面得到TiN、TiC、SiC、Ti?(C,N)?等涂層。但是該方法成膜速度比較慢,制備效率較低，成本很高。近年來出現(xiàn)的微弧氧化技術(shù)，通過電解液與相應(yīng)電參數(shù)的組合，可以在鋁、鎂、鈦合金表面依靠弧光放電產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫高壓作用，生長(zhǎng)出陶瓷膜層。微弧氧化膜層與基體結(jié)合牢固，結(jié)構(gòu)致密，韌性高，且膜層普遍表現(xiàn)出良好的耐磨、耐腐蝕等特性。鈦合金微弧氧化的關(guān)鍵在于溶液的配方和工藝的結(jié)合。溶液配方和工藝不僅影響涂層生長(zhǎng)效率還影響涂層的結(jié)構(gòu)、成分和性能，如導(dǎo)電性好的溶液在較低的電壓下就可使鈦表面獲得較大的電流密度，從而使鈦起弧；而溶液中的電解質(zhì)會(huì)進(jìn)入涂層，影響涂層的成分和性能。該發(fā)明的目的在于提供一種鈦合金耐磨涂層的微弧氧化溶液配方和氧化工藝，屬于新工藝新配方。

經(jīng)查新，共檢索到鈦合金微弧氧化有關(guān)專利如下：

申請(qǐng)?zhí)枮镃N01113982.X的專利公開了一種鈦合金耐磨層的氧化溶液配方和工藝。該申請(qǐng)是將零件置于主要由硫酸組成的酸性槽液中做陽極，在低溫下通過調(diào)節(jié)脈沖電源的脈沖時(shí)間及跟蹤頻率，升壓至高于120V時(shí)可形成2～12μm的氧化膜。該膜層硬度高，可提高零件的耐磨性。該方法屬于陽極氧化的范疇，采用的電壓較低，溶液的導(dǎo)電性不高，因此氧化速度慢，膜層形成的效率較低。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910308780.5的專利公開了一種鈦合金微弧氧化涂層的制備方法。該方法如下：將鈦合金在雙極性脈沖微弧氧化電源功率為5kw～6kw、電壓為250V～400V、頻率為200Hz～400Hz、占空比為8％～15％的條件下在含有硅酸鈉10～20g/L,磷酸鈉10～20g/L，氟化鈉2～5g/L，硼酸鈉2～5g/L，甘油5～10ml/L電解質(zhì)水溶液中氧化處理5分鐘～30分鐘，得到厚度為3μm～15μm的微弧氧化涂層。該方法所得的微弧氧化涂層具有良好的耐磨損性能。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201010240258.0的專利公開了一種提高鈦合金微弧氧化膜生長(zhǎng)速度的方法，其特征是微弧氧化溶液為：Na₂SiO₃?6g/L，NaAlO₂?4g/L和NaOH?1g/L，并加入0.5-6g/L的納米Al粉或納米Cr粉，進(jìn)行微弧氧化實(shí)驗(yàn)，電流密度4-6A/dm²，時(shí)間10-60min。該方法采用了導(dǎo)電性較好的溶液，在相同的沉積工藝條件下，可使鈦合金微弧氧化膜的生長(zhǎng)速度提高1-3倍。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N03132586.6的專利公開了一種鈦合金表面原位生長(zhǎng)高硬度耐磨陶瓷涂層方法。該方法中電解液配方為：3-10g/L的鋁酸鈉、1-3g/L的次亞磷酸鹽和水制成電解液，控制電解液溫度在10-40℃，鈦表面電流密度為4-8A/dm²。該方法在鈦合金表面直接形成與基體結(jié)合強(qiáng)度高的高硬度陶瓷涂層。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鈦合金耐磨涂層的微弧氧化溶液。