[發明專利]一種微弧氧化溶液、鈦合金高硬度微弧氧化膜及制備與應用

在審

• 申請號: 201811427802.5
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN109518254A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 張益豪;石緒忠;劉曉鶴
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二五研究所
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 孫笑飛

本發明屬于鈦合金表面處理技術領域，具體涉及一種微弧氧化溶液、鈦合金高硬度微弧氧化膜及制備與應用。所述的微弧氧化溶液包含溶質和溶劑，溶質為Na₃PO₄ 5～30g/L、NaAlO₂ 1～15g/L、Na₂EDTA 0.5～5g/L、NaOH 0～3g/L，溶劑為水。該微弧氧化溶液優化改進了微弧氧化過程的放電特性，可以明顯抑制弧光放電，在保證氧化膜一定厚度的同時，降低了微弧氧化膜的微觀孔隙、裂紋及表面粗糙度。本發明將鈦合金試樣放入上述微弧氧化溶液中進行微弧氧化，得到鈦合金高硬度微弧氧化膜，膜層中生成了TiAl₂O₅等高硬物相，從而使膜層的顯微硬度達到700HV以上，提高了鈦合金表面的耐磨性能。

技術領域

本發明屬于鈦合金表面處理技術領域，具體涉及一種微弧氧化溶液、鈦合金高硬度微弧氧化膜及制備與應用。

背景技術

鈦及鈦合金由于具有優良耐海水腐蝕、高比強度、無磁性、透聲性等特性而被普遍使用在潛艇和水面艦艇中，如艦艇外殼、甲板、閥、翼、快艇推進器、傳動軸、蒸汽機、深潛艇壓力艙、特殊系統及相關管路等。但是，鈦合金工件的表面電位較高，在艦船上低電位金屬如鋼、銅等材質的部件不可避免地要與鈦合金工件相接觸，由于異種金屬之間存在很大的電位差，在海水或海洋鹽霧等腐蝕介質環境中，會發生明顯的電偶腐蝕，使低電位金屬部件的腐蝕速度加劇。

微弧氧化又稱微等離子氧化、陽極火花沉積，是在普通陽極氧化基礎上進一步提高電壓并使電壓超出法拉第區，達到了金屬陽極表面生長的鈍化氧化膜的擊穿電壓，這時在陽極上可以觀察到弧光放電現象，大量火花在陽極表面游動，弧光放電產生瞬時的高溫高壓作用，引起各種熱化學反應，在金屬表面生長一層陶瓷氧化膜層。

利用微弧氧化可在鈦合金工件表面制備氧化鈦膜層，在不影響鈦合金基體材料性能的前提下極大地降低與鈦合金工件接觸時所產生的電偶腐蝕程度。

微弧氧化雖然已經在鈦合金工件上獲得了初步的應用，但仍存在如下問題：

(1)微弧氧化過程伴隨著劇烈的火花放電，不僅在氧化膜表面形成微觀的孔隙，而且容易形成微裂紋，影響氧化膜的使用壽命；

(2)鈦合金微弧氧化膜的主要成分是TiO₂，顯微硬度較低，一般為400～500HV，在使用過程中容易局部磨損破壞。

經查新，鈦合金高硬度微弧氧化膜制備的相關專利如下：

申請號為201410500762.8的中國專利公開了一種添加納米α-Al₂O₃元素提高鈦合金微弧氧化膜層性能的方法，采用恒壓模式，在硅酸鹽體系中對鈦合金進行微弧氧化處理，微弧氧化電壓600V，頻率400HZ，占空比30％，時間1h，添加了3g/L的α-Al₂O₃粉末。與現有技術相比，電解液中加入的納米α-Al₂O₃添加劑改善膜層微觀形貌與組織，膜層主要成分相為α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃和SiO₂；當納米α-Al₂O₃添加劑含量為3g/L時，膜層的厚度為70μm，顯微硬度513HV。該方法制備的微弧氧化膜膜層微裂紋少、孔隙率小，耐腐蝕性能良好，但是氧化膜顯微硬度較低。