專利名稱：一種減少鈦合金表面摩擦系數(shù)的微弧氧化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料表面處理工藝，尤其是一種減少鈦合金表面摩擦 系數(shù)的微弧氧化工藝。
背景技術(shù)：
鈦合金比強度高、耐腐蝕性能好，它不僅在航空發(fā)動機上取代了鋁合
金、鎂合金及鋼構(gòu)件，而且在先進飛機上也獲得大量應(yīng)用，如蘇-27飛機上 各種鈦合金零件的重量約占飛機結(jié)構(gòu)重量的15%;美國第三代戰(zhàn)斗機F-14 和F-15上鈦合金零件總重量占飛機結(jié)構(gòu)重量的比例分別高達24%和27%， 而美國第四代戰(zhàn)斗機F-22上鈦合金用量已達41X。鈦合金除了在航空領(lǐng)域
上獲得大量應(yīng)用外，在日常生活中的使用量也日益增加，如在生物醫(yī)學、 汽車零件、電子行業(yè)等方面。
盡管鈦合金的應(yīng)用越來越廣泛，但因它的表面摩擦系數(shù)過高，在使用 中會發(fā)生摩擦磨損和粘著磨損，在機械零件中還會出現(xiàn)咬死等現(xiàn)象，因此 在特定領(lǐng)域如連接件等方面鈦合金的運用受到了很大限制。
微弧氧化技術(shù)是在陽極氧化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但兩者的膜層 的形成機理有很大不同，并由此導致它們的制備工藝和膜層性能的區(qū)別。 微弧氧化技術(shù)在制備中使用較高的電壓，完全超出了陽極氧化的范圍，將 制備電壓區(qū)域由Faraday區(qū)引入到高壓放電區(qū)域。在微弧氧化過程中，化學
氧化、電化學氧化和等離子氧化作用同時存在，陶瓷氧化膜的形成過程非 常復(fù)雜，得到的膜層硬度高，耐磨性好。
目前微弧氧化技術(shù)應(yīng)用最多的是在鎂、鋁合金上形成微弧氧化陶瓷膜， 在鈦合金上運用較少，將這種技術(shù)用于降低鈦合金表面摩擦系數(shù)研究更少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種減少鈦合金表面摩擦系數(shù)的微弧氧化工
藝。采用該工藝能夠在TC4等鈦合金上得到結(jié)合力強、硬度高、摩擦系數(shù) 低的高性能陶瓷瓷膜。
本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，其工藝步驟為
(1) 化學除油為了去除試片表面的油污，提高基體與氧化膜層的結(jié) 合力，采用化學除油法除油。除油后的零件經(jīng)水徹底清洗后，應(yīng)進行零件 表面水膜連續(xù)性檢査，若整個金屬表面親水，沒有水珠和不浸潤處，則認 為除油合格，除油使用常規(guī)的化學除油配方
氫氧化鈉 30g/L —50g/L、磷酸鈉 30g/L_50g/L、碳酸鈉 20g/L—30g/L、硅酸鈉3g/L—10g/L、總堿度(相當于NaOH) 40g/L—80g/L、 溫度70。C—90°C、時間10min—20min;
(2) 微弧氧化采用鈦絲做夾具，制作成所需要的形狀，保證在微弧 氧化反應(yīng)過程中夾具與試片接觸良好。在此過程中，由于火花放電溶液溫 度易升高，而微弧氧化要求實驗溫度低于85°C，所以實驗中采用循環(huán)冷卻 水冷卻槽液，微弧氧化工藝的基本參數(shù)為磷酸三鈉1-30g/L，鎢酸鈉0—10 g/L，硅酸納0-50g/L，酒石酸0—20g/L,丙三醇0—10g/L。氫氧化納5-10 g/L，采用直流或直流疊加脈沖通電方式，采用直流通電方式平均電流密度 2-8A/dm2，通電時間10-15分鐘。采用脈沖通電方式時，脈沖頻率400-600Hz， 占空比30—100%,平均電流密度2-8A/ dm2，時間10-15分鐘；
(3) 后處理氧化后的膜層進行浸熱油處理，可以采用20號機油， 油溫18(TC，時間20分鐘。浸油處理主要是充分利用微弧氧化膜的多孔性， 將油儲存在膜層的微孔中，在摩擦時起到潤滑作用，進一步降低摩擦系數(shù)。本發(fā)明的技術(shù)效果能在鈦合金表面上得到結(jié)合力強、硬度高、摩擦 系數(shù)低的高性能陶瓷膜，經(jīng)麗-U5G屏材料端面高溫摩擦磨損測試機測試，
鈦合金微弧氧化膜的摩擦等數(shù)僅為0. 1-0. 15，實驗完后觀察氧化膜膜層完 整,沒有發(fā)現(xiàn)脫落和磨損現(xiàn)象。
具體實施例方式
實施例一(1)化學除油除油使用常規(guī)的化學除油配方
氫氧化鈉(NaOH) 30g/L
磷酸鈉(Na3P04 12H20) 30g/L
碳酸鈉(Na2C03) 20g/L
硅酸鈉(Na2Si03) 3g/L
總堿度(相當于NaOH) 40g/L
溫度 70。C一90。C
時間 10min—20min
除油后的零件經(jīng)水徹底清洗后，應(yīng)進行零件表面水膜連續(xù)性檢査，若 整個金屬表面親水，沒有水珠和不浸潤處，則認為除油合格；
(2)微弧氧化采用鈦絲做夾具，制作成所需要的形狀，保證在微弧 氧化反應(yīng)過程中夾具與試片接觸良好。在此過程中，由于火花放電溶液溫 度易升高，而微弧氧化要求實驗溫度低于85°C，所以實驗中采用循環(huán)冷卻 水冷卻槽液。微弧氧化工藝的基本參數(shù)為磷酸三鈉1-30g/L，鎢酸鈉0—10 g/L，硅酸納0-50g/L，酒石酸0—20 g/L，丙三醇0—10 g/L。氫氧化納 5-10 g/L，采用直流或直流疊加脈沖il電方式，采用直流通電方式平均電 流密度2-8A/dm2，通電時間10-15分鐘。采用脈沖通電方式時，脈沖頻率 400-600Hz，占空比30—100%，平均電流密度2-8A/dm2，時間10-15分鐘。(3)后處理氧化后的膜層進行浸熱油處理，可以采用20號機油，油溫180°C，時間20分鐘。浸油處理主要是充分利用微弧氧化膜的多孔性， 將油儲存在膜層的微孔中，在摩擦時起到潤滑作用，進一步降低摩擦系數(shù)。實施例二 (1)化學除油除油使用常規(guī)的化學除油配方氫氧化鈉(NaOH) 50g/L磷酸鈉(Na3P04 12H20) 50g/L碳酸鈉(Na2C03) 30g/L硅酸鈉(Na2Si03) 10g/L總堿度(相當于NaOH) 80g/L溫度 70。C一90。C時間 10min—20min除油后的零件經(jīng)水徹底清洗后，應(yīng)進行零件表面水膜連續(xù)性檢査，若 整個金屬表面親水，沒有水珠和不浸潤處，則認為除油合格；(2) 微弧氧化采用鈦絲做夾具，制作成所需要的形狀，保證在微弧 氧化反應(yīng)過程中夾具與試片接觸良好。在此過程中，由于火花放電溶液溫 度易升高，而微弧氧化要求實驗溫度低于85°C，所以實驗中采用循環(huán)冷卻 水冷卻槽液。微弧氧化工藝的基本參數(shù)為磷酸三鈉1-30g/L，鎢酸鈉0--10 g/L,硅酸納0-50g/L，酒石酸0—20 g/L，丙三醇0—10 g/L。氫氧化納 5-10 g/L，采用直流或直流疊加脈沖通電方式，采用直流通電方式平均電 流密度2-8A/dm2，通電時間10-15分鐘。采用脈沖通電方式時，脈沖頻率 400-600Hz，占空比30—100%，平均電流密度2-8A/dm2，時間10-15分鐘。(3) 后處理氧化后的膜層進行浸熱油處理，可以采用20號機油， 油溫180°C，時間20分鐘。浸油處理主要是充分利用微弧氧化膜的多孔性，將油儲存在膜層的微孔中，在摩擦時起到潤滑作用，進一步降低摩擦系數(shù)。 實施例三(1)化學除油除油使用常規(guī)的化學除油配方氫氧化鈉(NaOH) 40g/L 磷酸鈉(Na3P04 12H20) 40g/L 碳酸鈉(Na2C03) 25g/L 硅酸鈉(Na2Si03) 6. 5g/L總堿度(相當于NaOH) 60g/L溫度 70°C—90°C時間 10min—20min除油后的零件經(jīng)水徹底清洗后，應(yīng)進行零件表面水膜連續(xù)性檢査，若 整個金屬表面親水，沒有水珠和不浸潤處，則認為除油合格，(2) 微弧氧化采用鈦絲做夾具，制作成所需要的形狀，保證在微弧 氧化反應(yīng)過程中夾具與試片接觸良好。在此過程中，由于火花放電溶液溫 度易升高，而微弧氧化要求實驗溫度低于85°C，所以實驗中采用循環(huán)冷卻 水冷卻槽液。微弧氧化工藝的基本參數(shù)為磷酸三鈉l-30g/L，鎢酸鈉O—IO g/L，硅酸納0-50g/L，酒石酸0—20 g/L，丙三醇0—10 g/L。氫氧化納 5-10 g/L，采用直流或直流疊加脈沖通電方式，采用直流通電方式平均電 流密度2-8A/dm2，通電時間10-15分鐘。采用脈沖通電方式時，脈沖頻率 400-600Hz，占空比30—100%，平均電流密度2-8A/dm2，時間10-15分鐘。(3) 后處理氧化后的膜層進行浸熱油處理，可以采用20號機油，油溫18(TC，時 間20分鐘。浸油處理主要是充分利用微弧氧化膜的多孔性，將油儲存在膜 層的微孔中，在摩擦時起到潤滑作用，進一步降低摩擦系數(shù)。
權(quán)利要求
1. 一種減少鈦合金表面摩擦系數(shù)的微弧氧化工藝，其特征是工藝步驟為(1)化學除油化學除油配方為氫氧化鈉30g/L-50g/L、磷酸鈉30g/L-50g/L、碳酸鈉20g/L-30g/L、硅酸鈉3g/L-10g/L、總堿度40g/L-80g/L、溫度70℃-90℃、時間10min-20min；除油后的零件經(jīng)水徹底清洗后，進行零件表面水膜連續(xù)性檢查，若整個金屬表面親水，沒有水珠和不浸潤處，則除油合格；(2)微弧氧化采用鈦絲做夾具，制作成所需要的形狀，保證在微弧氧化反應(yīng)過程中夾具與試片接觸良好，微弧氧化溫度低于85℃，微弧氧化工藝的基本參數(shù)為磷酸三鈉1-30g/L、鎢酸鈉0-10g/L、硅酸納0-50g/L、酒石酸0--20g/L、丙三醇0--10g/L、氫氧化納5-10g/L，采用直流或直流疊加脈沖通電方式，采用直流通電方式平均電流密度2-8A/dm2，通電時間10-15分鐘，采用脈沖通電方式時，脈沖頻率400-600Hz，占空比30-100％，平均電流密度2-8A/dm2，時間10-15分鐘；(3)后處理氧化后的膜層進行浸熱油處理，采用20號機油，油溫180℃，時間20分鐘。
全文摘要
一種減少鈦合金表面摩擦系數(shù)的微弧氧化工藝，其工藝步驟為(1)化學除油；(2)微弧氧化；微弧氧化工藝的基本參數(shù)為，磷酸三鈉1-30g/L，鎢酸鈉0-10g/L，硅酸鈉0-50g/L，酒石酸0-20g/L，丙三醇0-10g/L。氫氧化納5-10g/L；(3)后處理；氧化后的膜層進行浸熱油處理。本發(fā)明能在鈦合金表面上得到結(jié)合力強、硬度高、摩擦系數(shù)低的高性能陶瓷膜，經(jīng)MM-U5G屏材料端面高溫摩擦磨損測試機測試，鈦合金微弧氧化膜的摩擦系數(shù)為0.1-0.15，實驗完后觀察氧化膜膜層，未發(fā)現(xiàn)脫落和磨損現(xiàn)象。
文檔編號C23G1/10GK101280450SQ20081010684
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月8日
發(fā)明者馮長杰, 周海飛, 王春霞, 晴 趙, 邵志松, 寧 陳 申請人:南昌航空大學