[发明专利]一种钛合金耐磨涂层的微弧氧化溶液及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛合金耐磨涂层的微弧氧化溶液及应用其对钛合金表面进行微弧氧化获得耐磨涂层的方法。

背景技术

钛及钛合金具有高比强度、优良的耐腐蚀性、良好的高温性能等, 是新兴的结构和功能材料。目前主要用在航空航天、航海、石油、化工、轻工、冶金、汽车、建筑和医学等领域。但是, 钛合金的普遍缺点就是硬度低、耐磨性能差。纯钛的硬度约为150～200Hv , 钛合金通常不超过350Hv。这样的硬度值在很多情况下不能满足实际生产应用的要求。提高钛合金耐磨性的途径有两种：合金化或表面改性。由于合金化成本较高，因此表面改性的方法受到越来越多的关注。

提高钛合金表面改性的方法主要有：激光融覆表面处理。常用的融覆体系有Ti + B4C、Ti + TiC、Ti + BN、Ti + TiN。该方法可以提高钛合金表面的性能, 并且处理速度快、使用范围广。但是这样得到的表面一般都很粗糙, 光洁度差, 在融覆层和基体之间很容易引起开裂, 融覆层内部也会出现气孔和裂纹, 且设备昂贵。表面沉积涂层法，分为CVD法和PVD法。目前借助CVD 法在钛基体上沉积TiC、TiB、Ti (C ,N) 等涂层可以极大地提高钛合金的表面性能, 获得高硬度、耐磨性好、耐高温和耐腐蚀的表面。但是CVD一般要在较高的温度(1000～1100℃)下进行, 容易引起基体组织的结晶、再长大等变化, 降低工件的强度和影响工件形状尺寸。在这样温度下涂层与基体界面形成的是脆性层,涂层与基体容易产生脆性破裂。PVD法, 目前利用PVD法已经可以在钛基体表面得到TiN、TiC、SiC、Ti (C,N) 等涂层。但是该方法成膜速度比较慢,制备效率较低，成本很高。近年来出现的微弧氧化技术，通过电解液与相应电参数的组合，可以在铝、镁、钛合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，生长出陶瓷膜层。微弧氧化膜层与基体结合牢固，结构致密，韧性高，且膜层普遍表现出良好的耐磨、耐腐蚀等特性。钛合金微弧氧化的关键在于溶液的配方和工艺的结合。溶液配方和工艺不仅影响涂层生长效率还影响涂层的结构、成分和性能，如导电性好的溶液在较低的电压下就可使钛表面获得较大的电流密度，从而使钛起弧；而溶液中的电解质会进入涂层，影响涂层的成分和性能。该发明的目的在于提供一种钛合金耐磨涂层的微弧氧化溶液配方和氧化工艺，属于新工艺新配方。

经查新，共检索到钛合金微弧氧化有关专利如下：

申请号为CN01113982.X的专利公开了一种钛合金耐磨层的氧化溶液配方和工艺。该申请是将零件置于主要由硫酸组成的酸性槽液中做阳极，在低温下通过调节脉冲电源的脉冲时间及跟踪频率，升压至高于120V时可形成2～12μm的氧化膜。该膜层硬度高，可提高零件的耐磨性。该方法属于阳极氧化的范畴，采用的电压较低，溶液的导电性不高，因此氧化速度慢，膜层形成的效率较低。

申请号为CN200910308780.5的专利公开了一种钛合金微弧氧化涂层的制备方法。该方法如下：将钛合金在双极性脉冲微弧氧化电源功率为5kw～6kw、电压为250V～400V、频率为200Hz～400Hz、占空比为8％～15％的条件下在含有硅酸钠10～20g/L,磷酸钠10～20g/L，氟化钠2～5g/L，硼酸钠2～5g/L，甘油5～10ml/L电解质水溶液中氧化处理5分钟～30分钟，得到厚度为3μm～15μm的微弧氧化涂层。该方法所得的微弧氧化涂层具有良好的耐磨损性能。

申请号为CN201010240258.0的专利公开了一种提高钛合金微弧氧化膜生长速度的方法，其特征是微弧氧化溶液为：Na₂SiO₃ 6g/L，NaAlO₂ 4g/L和NaOH 1g/L，并加入0.5-6g/L的纳米Al粉或纳米Cr粉，进行微弧氧化实验，电流密度4-6A/dm²，时间10-60min。该方法采用了导电性较好的溶液，在相同的沉积工艺条件下，可使钛合金微弧氧化膜的生长速度提高1-3倍。

申请号为CN03132586.6的专利公开了一种钛合金表面原位生长高硬度耐磨陶瓷涂层方法。该方法中电解液配方为：3-10g/L的铝酸钠、1-3g/L的次亚磷酸盐和水制成电解液，控制电解液温度在10-40℃，钛表面电流密度为4-8A/dm²。该方法在钛合金表面直接形成与基体结合强度高的高硬度陶瓷涂层。

发明内容

本发明的目的之一是为了克服现有技术的不足，提供一种钛合金耐磨涂层的微弧氧化溶液。