TC4鈦合金微弧氧化成膜機(jī)理研究.pdf

1、在8g/L Na2SiO3?9H20-6g/L(NaPO3)6-4g/L Na2WO4?2H2O-2g/L Na5P3O10電解液體系中，采用直流脈沖模式，以電流密度為10A/dm2，頻率為500HZ，占空比為50％的電參數(shù)對(duì) TC4鈦合金進(jìn)行微弧氧化。通過第二相顆粒（β-SiC、γ-Al2O3、κ-Al2O3、m-ZrO2）的相變和分解探索了熔池溫度；并通過第二相顆粒的分布尋找放電通道；首次通過長(zhǎng)距離顯微鏡觀察了火花和熔池的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

2、探索了TC4鈦合金微弧氧化膜的生長(zhǎng)方式及成膜機(jī)理與模型。
　　研究結(jié)果表明：氧化電壓是微弧氧化膜層生長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力。微弧氧化前10min電壓隨時(shí)間的增長(zhǎng)速率明顯高于10-120min。前十分鐘電壓隨時(shí)間的變化呈Logistic S型指數(shù)曲線遞增規(guī)律，10min-120min內(nèi)電壓隨時(shí)間呈低斜率線性變化規(guī)律，方程為：
　　（1）V=541.2749-571.9594/（1+t/1.49761）1.10423（0＜t＜10min）<

3、br>　　（2）V=486.83797+0.2615t（10≤t＜120min）
　　膜層厚度、粗糙度及熔池尺寸隨終止電壓的增加而增加，熔池的尺寸隨著膜層厚度的增加服從二次多項(xiàng)式y(tǒng)=-114.99725+7.85254x-0.06728x2，其中x為膜層厚度，y為熔池尺寸。通過γ-Al2O3、κ-Al2O3、m-ZrO2的相變，β-SiC的相變及分解判定微弧氧化過程中熔池溫度分布不均，存在一個(gè)溫度范圍：最低溫度小于1223K，最高

4、溫度大于3143K。氧化過程中，火花和熔池呈一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，隨著微弧氧化的進(jìn)行，火花擊穿膜層產(chǎn)生熔池，火花尺寸與熔池尺寸的變化規(guī)律一致，都在不斷增大，兩者尺寸相當(dāng)，但熔池的尺寸略小于火花尺寸。隨著氧化時(shí)間的增加，火花密度不斷減少，火花持續(xù)的時(shí)間不斷增加。電壓快速增長(zhǎng)階段、電壓轉(zhuǎn)折階段、電壓穩(wěn)定增長(zhǎng)階段的火花尺寸分別為9.9μm、23.8925μm、108.46μm，熔池的直徑分別為12.645μm、28.84μm、112.56μm，火花

5、密度分別為132個(gè)/cm2、18個(gè)/cm2、4個(gè)/cm2，火花持續(xù)的時(shí)間分別為0.07s、0.55s、3.315s。
　　微弧氧化成膜過程中，膜層與基體是通過犬牙交錯(cuò)方式結(jié)合的，在膜層與基體的交界面，能明顯觀察到放電通道的存在，尺寸約為0.6nm。微弧氧化過程中火花等離子體對(duì)膜層的擊穿首先發(fā)生在膜層的薄弱處，放電類型分為三種，分別發(fā)生在膜層表面，膜基交界面，膜層中間。火花對(duì)膜層的擊穿方式是環(huán)環(huán)相扣式擊穿，火花沿放電通道放電直達(dá)基體