[发明专利]一种钛合金表面高耐磨复合陶瓷涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钛合金表面高耐磨复合陶瓷涂层及其制备方法。高耐磨复合陶瓷涂层是以高韧性的TC₄钛合金作为基体材料，TiO₂‑Al₂O₃作为陶瓷涂层的主要成分相，高熔点高硬度的Cr₂O₃‑SiC相作为弥散增强相所组成的高耐磨复合陶瓷层。本发明通过一步法在钛合金表面成功制备了上述陶瓷，所制备的微弧氧化耐磨陶瓷膜致密度高，硬度高(HV超过900)，耐磨损性能优异。

技术领域

本发明涉及钛合金表面处理技术领域，具体涉及到一种钛合金表面高耐磨复合陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术

钛合金作为轻质金属结构材料，因为其比强度高，耐腐蚀性能优越，被广泛应用在汽车缸体和航空航天领域。但是钛合金硬度低，表面耐磨性能差，在使用中容易产生钛火现象，这严重限制了其进一步应用。于是弥补钛合金这些缺陷并赋予其新性能的表面处理技术应用而生。有学者采用化学镀、热喷涂、阳极氧化和激光涂覆等方法来提高钛合金表面硬度，进而改善其耐磨性，但这些方法制备的涂层性能不够好，存在涂层薄，易脱落，耐磨性差的缺点。微弧氧化是一种新兴的表面处理技术，其特点是能在钛合金表面原位生长一层陶瓷膜，该陶瓷膜厚度均匀，硬度高，耐磨性好。

有学者将Al₂O₃、SiO2和金刚石等颗粒引入微弧氧化膜中，能制备比单一金属膜层硬度更高，耐磨性能更好的复合膜层。SiC作为一种耐磨材料，硬度高(莫氏硬度9.5，仅次于金刚石)，具有高承载和良好的润滑性能。Cr₂O₃作为常用的耐磨耐火材料，性质稳定，在高温和腐蚀性气体环境下极稳定。将SiC和Cr₂O₃纳米颗粒引入微弧氧化陶瓷膜中，可有效改善微弧氧化膜的耐磨性能。

专利CN108004581A采用微弧氧化的方法在镁合金表面制备了黑色耐磨陶瓷层，该膜层摩擦系数低，均匀不褪色。但是其维氏硬度在553-605之间，硬度不够高。

专利CN107460520A采用微弧氧化的方法在钛合金表面制备了一层陶瓷膜，表面光滑，粗糙度小。但其微弧氧化膜成分单一，没有高硬度的耐磨颗粒，耐磨性不够好。

发明内容

本发明针对钛合金表面硬度低，耐磨性能差的缺点，提出了一种钛合金表面高耐磨复合陶瓷涂层及其制备方法。

实现本发明目的提供技术方案如下：

一种钛合金表面TiO₂-Al₂O₃-Cr₂O₃-SiC高耐磨复合陶瓷涂层及其制备方法。所述的复合陶瓷涂层包括钛合金基体，TiO₂-Al₂O₃复合陶瓷涂层为主要耐磨陶瓷相，Cr₂O₃-SiC 的复合陶瓷为辅助弥散强化陶瓷相。

具体步骤如下：

步骤1：砂纸打磨钛合金片并进行抛光处理，在去离子水和酒精环境下，超声清洗表面油污碎屑

步骤2：配置铝酸钠-磷酸钠体系的电解液，调节PH。

步骤3：在步骤2中配制好的电解液中加入纳米尺度的SiC粉末和Cr₂O₃粉末，机械搅拌30min，然后在加入加入酒精和分散剂搅拌20min，最后再超声分散20min，获得所需要的电解液。

步骤4：将步骤1得到的钛合金片，放入步骤3制得的电解液中，进行微弧氧化处理。

优选地，步骤2中，铝酸钠质量浓度为12g/L,磷酸钠质量浓度为1.6g/L，NaOH的含量在1～3g/L。