[發明專利]陽極氧化快速成膜表面處理提高TC4鈦合金阻尼性能的方法

在審

• 申請號: 201510777731.1
• 申請日: 2015-11-13
• 公開（公告）號: CN105420785A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發明（設計）人: 劉紅梅;胥永剛;陳輝;劉艷;茍國慶;王峰陽;陳宇;高天學
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明屬于鈦合金表面處理技術領域，尤其涉及一種通過陽極氧化表面處理提高TC4鈦合金阻尼性能的技術。

背景技術

振動和噪聲這兩個伴隨飛速發展的現代工業而來的問題愈來愈引起人們和科學研究者的關注。由于它們的存在，機器零件運行的可靠性、穩定性得不到保障，影響人類的生活質量和健康。振動和噪聲由工業發展帶來，卻在一定程度和范圍內限制了工業的進步和發展，尤其是在一些高技術領域，例如航空、航天以及航海等。研究表明，振動和噪聲問題是三分之二的火箭衛星生效故障的源頭。飛機才長時間的服役過程中，有些對飛機飛行可靠性和壽命產生影響的問題：方向舵和機尾罩的裂紋萌生，空速管斷裂和機艙噪音大等問題經常是由于振動原因造成的。軍用潛艇在工作過程中的振動和噪音問題的存在，不僅影響自身導航的穩定系，而且容易使自己被敵人發現。噪聲已經作為一種環境污染，對人身體的健康有很多不利的影響。噪聲可能會引起人體大腦神經中樞和植物性神經的某些平衡或功能紊亂。因此振動和噪音的控制已經成為各行各業急需解決的一個重要的問題。

鈦及鈦合金因其密度小，強度高，耐腐蝕性能好，耐熱性能高，，在航空航天、石油化工、造船、汽車，醫藥等部門都得到成功的應用，目前TC4鈦合金是應用最廣泛的鈦合金。在航空航天領域中TC4在飛機的發動機的風扇、壓氣機盤以及其葉片的制造中均有廣泛的使用，整個飛機艙體結構中極為關鍵的載重部件比如艙體機身的橫梁、框架以及艙體中的接頭等等均離不開TC4的使用，因此TC4的性能是和整個飛機在行駛過程中的安全是息息相關的。

TC4是一種兩相合金，因此其阻尼機制應該為復相型的阻尼機制，即樣品在載荷作用下發生振動變形時，基體α相由于強度高產生彈性變形，彌散相β相強度相對較低則產生塑性變形從而導致能量的耗散，從而產生阻尼效應。但由于在振動中β相強度雖然比α相相對低，但其強度實際上也是較高的，因此振動時無論是α相還是β相，兩者的變形都不明顯，對能量的耗散是較少，因此TC4具有鈦合金普遍存在的阻尼性能較低的缺點，本當機械構件受到外界的激勵將產生振動和噪聲，寬頻帶隨機激勵會引起結構的多振動峰效應，會造成電子器件儀器零件等失效失靈，因此在航空航天等等領域均存在著大大小小的由噪音以及振動所帶來的問題，由衛星火箭等的失效事件數據來看，其中因為振動所帶來的失效已達到了60％，比如很多飛機中常見的問題飛機尾罩裂紋萌生、機艙噪音等等，作為在航天航空中普遍使用的合金材料，如果其阻尼性能過低是不能滿足日益嚴重的振動噪音問題的，因此TC4鈦合金阻尼性能過低可能會直接造成飛機由于振動所產生的失事，通過各種改性手段改善TC4阻尼性能是非常有意義的。

發明內容

本發明利用陽極氧化技術在TC4鈦合金表面成膜，通過改性手段改善TC4阻尼性能。

本發明的目的是通過如下的手段實現的：

一種陽極氧化快速成膜表面處理提高TC4鈦合金阻尼性能的方法，采用300g/LH2SO4+60g/LHCl+15g/LNH4F溶液,對TC4鈦合金試樣在電壓20-40V下進行陽極氧化之后，在TC4鈦合金表面形成氧化膜。

本發明方法通過陽極氧化技術在TC4合金表面形成一層厚度在納米或微米數量級的薄膜，由于氧化膜與基體是屬于不同的材料，故兩者的各種性能也是不相同的，氧化膜的減振來源可能主要分為以下幾個方面：在鈦合金表面形成的氧化膜內，存在晶體類型的鈦的氧化物。氧化物晶粒尺寸一般都要小于1個微米，甚至是納米尺寸的。由于晶體和非晶界面在應力作用下的相互作用，導致材料的內耗增加；由于TC4中Al和V等元素的存在，在陽極氧化過程中，也會形成其對應的氧化物。其在應力作用下，與鈦的結晶態和非晶態氧化物的相互作用，也是材料內耗值增加的原因；在鈦的陽極氧化薄膜最外側的二氧化鈦層和基體之間存在鈦的次價氧化物過渡層。由于不同物質的彈性模量的不同，在應力作用下，必將產生不同的應變應答，相互作用，從而造成材料的內耗增加。將表面處理后的TC4合金與未處理的TC4合金的阻尼性能進行對比，TC4合金的阻尼系數為0.0034，通過陽極氧化表面處理技術可以有效地提高其阻尼系數，合理的陽極氧化工藝可以使TC4合金的阻尼性能提高5倍以上。

附圖說明

圖1是氧化電壓為20伏的TC4合金阻尼因子。

圖2是氧化電壓為30伏的TC4合金阻尼因子。

圖3是氧化電壓為40伏的TC4合金阻尼因子。

具體實施方式

材料選用TC4鈦合金棒材料作為原始材料，TC4鈦合金棒的化學成分如表1所示。