铝合金型材较钛合金来讲,有很多类似的性能,如他们均归属于阀金属材料,主要用途类似,相对密度低,比强度高,在阀金属材料行业也是运用比较广泛的二种金属材料。但钛合金和铝合金型材经微弧氧化解决之后的金属氧化物性能差别非常大。钛合金微弧氧化后产生空气氧化膜的关键构成是TiO2(金红石和锐钛矿);铝合金型材微弧氧化的关键物质为Al2O3(α-Al2O3和γ-Al2O3[43])。Al2O3的强度值在1200~1800 HV中间,显著高过TiO2的强度值(550~1050 HV);此外,TiO2延展性不够,γ-Al2O3则具备高结构型和延展性。因而,在强度和耐磨性能层面,钛合金微弧氧化膜都比不上铝合金型材微弧氧化膜。若能将镀铝膜技术与微弧氧化技术以适度的方式 紧密结合制取出复合型镀层,充分运用二种技术的优势,则可显着改进微弧氧化后钛合金的耐磨损、抗腐蚀等性能。与此同时,扩宽钛合金在航天航空行业的进一步运用。
镀铝膜层因性能优质,制取方法多种多样,经济收益丰厚,原料Al的資源储藏量丰富多彩,因此一直是镀层改性材料技术科学研究的网络热点。当今运用于钛合金微弧氧化膜表面镀铝膜的方式 各种各样,普遍的与微弧氧化融合的镀铝膜技术关键有:热浸镀、多弧等离子喷涂和磁控溅射镀铝膜等。
微弧氧化 磁控溅射镀铝膜皇甫小琴等先在TC4钛合金表面开展磁控溅射镀铝膜,磁控溅射時间为2.5 h,随后对涂层开展微弧氧化30 min,电流强度为5 A/dm2,TC4基体微弧氧化膜及磁控溅射镀铝膜微弧氧化膜的结构力学性能比照表明:TC4钛合金的强度一般约为360HV,微弧氧化后的钛合金强度做到了基体的1.69倍,而经微弧氧化解决的复合型涂层,其强度做到1700 HV之上,摩擦阻力也由0.38降至了0.25。此外,粘合力剖析表明,MSD/MAO复合型解决过的涂层结合性要好于单一钛合金微弧氧化层的。
微弧氧化 热浸镀铝膜钛合金表面热浸镀铝膜,在熔化铝剂中,钛合金基体表面会产生一系列反映,包含液体Al向钛合金基体的蔓延和相互影响。高溫热扩散系数解决后,金属材料表面可得到高韧性、耐热的钛铝合金层。假如融合微弧氧化技术,在钛合金表面制取出双层构造的复合袋,衔接区的存有将进一步提高膜层融合性能,镀层的综合性性能也会显着提高。
Hu等把热浸镀铝膜2 min后的纯Ti开展微弧氧化解决,电流强度各自为:正方向10 A/dm2,负性5 A/dm2,解决時间各自为10,20,30和40 min,所得膜层呈现清晰的分层结构,外层疏松多孔,内层紧凑致密。随微弧氧化时间的延长,氧化层厚度不断增加,涂层粗糙度始终在1.0~1.2之间;在30 min时,复合涂层粗糙度约为1.1,表面显微硬度达到750 HV,摩擦系数约为0.2,磨损率为0.39;在40 min获得最高的涂层硬度和最佳耐磨性能,平均硬度值达到820 HV,摩擦系数约为0.3,磨损率仅为0.29×10-4。武媛通过热浸镀铝技术在TC4钛合金表面得到钛铝金属间化合物层之后,再进行微弧氧化处理,生成基体/TiAl3合金/TiAl2O5陶瓷膜的梯度复合层;经微弧氧化处理40 min后,表面显微硬度达到980 HV,约为基体硬度的4倍;在载荷50 N,转速60 r/min的条件下,复合膜磨损量仅为基体磨损量的1/4,平均摩擦系数也由基体的0.45降低到0.25。
目前热浸镀铝工艺已经成熟,但仍存在成本高、污染环境等缺点。同时,由于镀液流动性差,难以有效地渗入复杂工件。随着渗铝技术的发展,一些新的渗铝法如电泳扩散喷涂法、真空液相渗铝、热喷涂扩散渗铝、真空蒸镀法等逐渐开始替代热浸镀铝并得到应用。
微弧氧化+多弧离子镀铝多弧离子镀是离子镀技术的一种,在切削刀具中应用较多,也较为成功。该方法膜层沉积速率快,膜层致密度高,膜基结合强度大。将微弧氧化与多弧离子镀两种技术结合,可大大提高涂层的结合强度,使复合膜层的耐磨性得以增强。
卜彤等在TC4钛合金表面多弧离子镀铝后进行微弧氧化,并探究不同镀铝工艺对复合氧化膜耐磨及耐蚀性能的影响,工艺主要围绕处理温度(25和250℃)和基体偏压(-200和-300 V)展开。其中,多弧离子镀时间为20 min,微弧氧化处理时间为30 min,电流密度为6 A/dm2。研究结果表明,负向偏压的增大和处理温度的升高,均能提高涂层性能,因而在250℃、-300 V的条件下,微弧氧化膜获得了最优的耐磨和耐蚀性能,摩擦系数达到了0.801,摩擦磨损体积仅为0.042 m3;点滴实验中,34.47 min时才发生变色效应。目前多弧离子镀铝与微弧氧化复合改性技术还不算成熟,但在耐磨改性方面具有一定的技术优势。随着复合处理工艺的不断优化,钛合金表面耐磨性能将会不断提高。
总结与展望
(1)提高钛合金耐磨性的表面处理技术中,微弧氧化技术因具有制备温度低、设备简单、溶液环保、膜层均匀致密、对工件尺寸形状限制较少等优点,具有明显的技术优势。
(2)将微弧氧化与其他技术复合,可改善单一微弧氧化技术制备的膜层性能,无论在耐磨、耐腐蚀性能方面。因此,复合技术是未来钛合金耐磨技术的发展方向。