[发明专利]一种钛合金表面使用微弧氧化溶液制备高温复合涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于钛合金表面处理领域，具体涉及一种钛合金表面使用微弧氧化溶液制备高温复合涂层的方法。

背景技术

钛及钛合金具有许多优异的物化性能，如：高韧性、高比强度、高屈服强度、高疲劳极限、非磁性、高熔点、低膨胀系数、良好的生物惰性、耐腐蚀性、良好的加工性能和低温下不脆等。因此，从20世纪50年代到70年代分别以“空中金属”、“陆用金属”和“海洋金属”而著称于工业界，21世纪更被誉为“钛的世纪”。

然而，钛及钛合金的硬度较低、耐磨性较差，使其应用范围受到限制。此外，在较高使用温度下，其表面形成的TiO₂氧化涂层为疏松多孔的，由于Ti与O的高亲和力，氧元素很容易渗透到基体中形成富氧层从而使钛合金的塑性明显降低，影响其力学性能。当使用温度高于700℃时，形成的氧化膜变脆，850～1000℃间生成疏松多孔的氧化膜，具有分层的组织特性：内层主要由TiO、TiO₂和Ti₂O₃组成；外层则由金红石型TiO₂组成。随着服役温度的不断升高，在高温氧化条件下，钛合金表面形成的氧化膜会很快失去其保护功能，其原因主要是由于氧化层的脆性使得氧化膜容易沿基体表面方向形成裂纹并最终脱离基体。因此，采用表面涂层改性技术来提高钛及钛合金的抗氧化能力意义重大。

发明内容

本发明针对高温使用环境下，钛合金氧化膜变脆断裂影响钛合金性能的问题，提供了一种钛合金表面使用微弧氧化溶液制备高温复合涂层的方法。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种微弧氧化溶液，包括溶质和溶剂，溶质为NaAlO₂、NaH₂PO₂，溶剂为去离子水，各溶质的浓度为NaAlO₂：10g/L～12g/L，NaH₂PO₂：2g/L～4g/L。

上述的一种微弧氧化溶液，还包括微米ZrO₂颗粒，该微米ZrO₂颗粒的浓度为10g/L～12g/L。

一种微弧氧化溶液的制备方法，包括以下步骤：

1)称量NaAlO₂、量取去离子水，向称量后的NaAlO₂中加入1/4～1/2的去离子水并不断搅拌使其溶解；

2)称量NaH₂PO₂，待NaAlO₂溶解后，向步骤1)的溶液中加入称量后的NaH₂PO₂，使NaH₂PO₂充分溶解；

3)向步骤2)的溶液中添加3/4～1/2的去离子水，使NaAlO₂的浓度达到10g/L～12g/L，使NaH₂PO₂的浓度达到2g/L～4g/L；

4)称量微米ZrO₂颗粒，向步骤3)的溶液中加入称量后的微米ZrO₂颗粒，搅拌均匀即可得到微弧氧化溶液。

一种钛合金表面微弧氧化复合涂层的方法，包括以下步骤：

步骤一、采用400目～800目的砂纸将钛合金表面打磨，以去除钛合金自身氧化生成的多孔氧化膜；

步骤二、使用抛光机对步骤一打磨后的钛合金进行抛光，使钛合金表面平整光亮；

步骤三、用酒精擦拭步骤二抛光后的钛合金，并对钛合金干燥处理；

步骤四、将步骤三干燥处理后的钛合金放入上述制备方法制备的微弧氧化溶液中，采用交流脉冲电源对微弧氧化溶液中的钛合金进行微弧氧化；

步骤五、关闭交流脉冲电源，取出所述步骤四微弧氧化后的钛合金，用去离子水冲洗后晾干，获得具有Al₂TiO₅+ZrO₂耐高温复合涂层的钛合金。

上述的一种钛合金表面微弧氧化复合涂层的方法，所述步骤四在对钛合金微弧氧化的同时，还开动电动搅拌器加速传质，以降低微弧氧化溶液的浓度差和温度的不均匀性。

上述的一种钛合金表面微弧氧化复合涂层的方法，所述步骤四中交流脉冲电源的电压为400V～500V，占空比为4％～12％，脉冲频率为100Hz～1300Hz；所述微弧氧化的时间为20min～120min；所述微弧氧化溶液的温度为20℃～30℃。

本发明的有益效果：