液相阴极微弧制备钛合金表面含MoS2陶瓷膜层的工艺性能研究

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毕业论文

1绪论..2

1.1钛合金简介..2

1.2液相阴极微弧电沉积技术3

1.2.1液相阴极微弧电沉积技术的简介3

1.2.2反应原理4

1.2.3电解液的选择以及化学反应5

1.2.4液相阴极微弧电沉积放电过程以及现象..6

1.3MoS2的性能以及作用简介.7

1.4课题研究内容.7

2试验过程以及测试分析方法..8

2.1实验材料和工艺方法8

2.2实验仪器9

2.3测试设备9

2.3.1摩擦磨损测试.9

2.3.2划痕截面轮廓测试..10

2.3.3X射线衍射分析测试（XRD）..10

2.3.4显微硬度测试..10

3实验结果与分析11

3.1改性层的摩擦磨损性能..11

3.1.1沉积时间对改性层摩擦磨损性能的影响11

3.1.2交流电频率对改性层摩擦磨损性能的影响..11

3.1.3占空比对改性层摩擦磨损性能的影响..13

3.1.4电压对改性层摩擦磨损性能的影响14

3.1.5电解液配比对改性层摩擦磨损性能的影响..15

3.2改性层形貌观察17

3.2.1SEM表面形貌分析17

3.2.2截面形貌分析..18

3.3合金硬度分析.19

3.4XRD物相分析..19

3.5EDS能谱分析..20

4对实验过程的反思和建议.22

结论..23

致谢.24

参考文献25
1 绪论1.1 钛合金简介目前，钛合金的使用非常广泛。20 世纪 50～60 年代，主要应用钛合金的领域是机体用的结构钛合金和发展航空发动机用的高温钛合金[1,2]，70 年代开发出一批耐蚀钛合金，最近20 年以来，相继开发出了耐蚀钛合金和高强钛合金。钛合金主要用于制作火箭和高速飞机的结构件，其次为飞机发动机压气机部件[7]。TC4钛合金的成分范围如下表所示[11]。表1.1 钛合金试样的化学组成元素 Ti Fe C N H O Al V质量分数/% 余量 0.27 0.1 0.05 0.015 0.2 5.5~6.8 3.5~4.5钛合金的优点如下：（1）与其他种类合金相比，比强度高，密度小，是在汽车、船舶、航空航天等领域中广泛应用的重要结构材料；（2）具有良好的生物相容性，被广泛应用于人体组织植入材料[13]；（3）耐腐蚀性强，这是由于金属钛的化学活性很高[8]，在常温下金属表面可以形成一层具有附着力以及高稳定性的氧化物或氮化物组成的钝化膜，并且该钝化膜在损伤后能够马上再生[14]。在潮湿环境与海水介质中工作时，钛合金的抗蚀性远比不锈钢优越[17]；（4）化学活性高，在较低温度下仍然能够与某些物质（如 C、N、O、H 等）发生剧烈的反应并形成稳定的化合物，如 TiN、TiC、TiO2等；（5）钛以及钛合金的导热系数小、弹性模量小；但钛合金因摩擦系数大，耐磨性差，与其他金属接触时会产生危害性极大的接触腐蚀而影响其应用[15]。例如在生物应用领域，钛合金磨损的碎片进入体液，可能引起毒性反应，还会导致巨噬细胞炎症反应，引起植入体周围骨溶解。常用于钛的表面涂层技术有：物理气相沉积法、阳极氧化法、离子注入法以及化学气相沉积法[2]等。这些方法获得的涂层较薄，一般只有几个微米厚，涂层与基体之间的结合强度低，承载能力弱且成本高，也不容易在形状复杂的工件上获得厚度均匀的涂层。可以通过对钛合金进行特定的表面处理而加以克服钛合金不好的摩擦特性。许多的表面处理技术，例如氮化、热氧化、离子转移、喷射、激光修正以及离子电解氧化是用于改善钛合金摩擦特性的传统方法。在这些技术当中，离子电解氧化（PEO），亦称作微弧氧化（MAO），已被证明是一种高效且经济的方法。通过离子电解氧化处理，在钛合金表面可以生成一个厚的、坚硬的以及具有良好连续性的类陶瓷涂层以提供合适的抗磨损性。在钛合金表面制备的离子电解氧化涂层的摩擦特性在近年已经为许多学者所研究[16]。大多数的此类研究显示离子电解氧化涂层能够显著提高钛合金的抗磨损性，但在非润滑条件下通常展现出较高的摩擦系数。在许多摩擦学应用中，高摩擦系数不仅会导致滑块的磨损，而且会导致承接滑块材料的磨损损坏。因此，具有良好抗磨损性以及低摩擦系数的离子电解氧化涂层是提供良好摩擦学性能的必要条件。