[发明专利]一种微弧氧化溶液、钛合金高硬度微弧氧化膜及制备与应用

说明书

本发明属于钛合金表面处理技术领域，具体涉及一种微弧氧化溶液、钛合金高硬度微弧氧化膜及制备与应用。所述的微弧氧化溶液包含溶质和溶剂，溶质为Na₃PO₄ 5～30g/L、NaAlO₂ 1～15g/L、Na₂EDTA 0.5～5g/L、NaOH 0～3g/L，溶剂为水。该微弧氧化溶液优化改进了微弧氧化过程的放电特性，可以明显抑制弧光放电，在保证氧化膜一定厚度的同时，降低了微弧氧化膜的微观孔隙、裂纹及表面粗糙度。本发明将钛合金试样放入上述微弧氧化溶液中进行微弧氧化，得到钛合金高硬度微弧氧化膜，膜层中生成了TiAl₂O₅等高硬物相，从而使膜层的显微硬度达到700HV以上，提高了钛合金表面的耐磨性能。

技术领域

本发明属于钛合金表面处理技术领域，具体涉及一种微弧氧化溶液、钛合金高硬度微弧氧化膜及制备与应用。

背景技术

钛及钛合金由于具有优良耐海水腐蚀、高比强度、无磁性、透声性等特性而被普遍使用在潜艇和水面舰艇中，如舰艇外壳、甲板、阀、翼、快艇推进器、传动轴、蒸汽机、深潜艇压力舱、特殊系统及相关管路等。但是，钛合金工件的表面电位较高，在舰船上低电位金属如钢、铜等材质的部件不可避免地要与钛合金工件相接触，由于异种金属之间存在很大的电位差，在海水或海洋盐雾等腐蚀介质环境中，会发生明显的电偶腐蚀，使低电位金属部件的腐蚀速度加剧。

微弧氧化又称微等离子氧化、阳极火花沉积，是在普通阳极氧化基础上进一步提高电压并使电压超出法拉第区，达到了金属阳极表面生长的钝化氧化膜的击穿电压，这时在阳极上可以观察到弧光放电现象，大量火花在阳极表面游动，弧光放电产生瞬时的高温高压作用，引起各种热化学反应，在金属表面生长一层陶瓷氧化膜层。

利用微弧氧化可在钛合金工件表面制备氧化钛膜层，在不影响钛合金基体材料性能的前提下极大地降低与钛合金工件接触时所产生的电偶腐蚀程度。

微弧氧化虽然已经在钛合金工件上获得了初步的应用，但仍存在如下问题：

(1)微弧氧化过程伴随着剧烈的火花放电，不仅在氧化膜表面形成微观的孔隙，而且容易形成微裂纹，影响氧化膜的使用寿命；

(2)钛合金微弧氧化膜的主要成分是TiO₂，显微硬度较低，一般为400～500HV，在使用过程中容易局部磨损破坏。

经查新，钛合金高硬度微弧氧化膜制备的相关专利如下：

申请号为201410500762.8的中国专利公开了一种添加纳米α-Al₂O₃元素提高钛合金微弧氧化膜层性能的方法，采用恒压模式，在硅酸盐体系中对钛合金进行微弧氧化处理，微弧氧化电压600V，频率400HZ，占空比30％，时间1h，添加了3g/L的α-Al₂O₃粉末。与现有技术相比，电解液中加入的纳米α-Al₂O₃添加剂改善膜层微观形貌与组织，膜层主要成分相为α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃和SiO₂；当纳米α-Al₂O₃添加剂含量为3g/L时，膜层的厚度为70μm，显微硬度513HV。该方法制备的微弧氧化膜膜层微裂纹少、孔隙率小，耐腐蚀性能良好，但是氧化膜显微硬度较低。