[发明专利]一种采用微弧氧化制备钛合金表面耐磨绝缘膜层的方法

说明书

本发明公开了一种采用微弧氧化制备钛合金表面耐磨绝缘膜层的方法，该方法包括：一、将钛合金试片打磨后酸洗得到表面活化的钛合金试片；二、将表面活化的钛合金试片浸没在脉冲微弧氧化设备的微弧氧化槽内盛放的电解液中，采用分步升压法进行氧化反应，得到表面具有耐磨绝缘膜层的钛合金。本发明采用分步升压法从低电压逐步增加到高电压，以控制微弧氧化反应的程度，从而有效调控了耐磨绝缘膜层的生长，在钛合金表面制备耐磨绝缘膜层，保证了耐磨绝缘膜膜层的致密性与厚度，提高了钛合金表面的硬度和耐磨性能。

技术领域

本发明属于微弧氧化膜层的制备技术领域，具体涉及一种采用微弧氧化制备钛合金表面耐磨绝缘膜层的方法。

背景技术

在船舶及海洋工程领域，由于海水中含有氯化物和硫化物，从而对机械设备及其零部件的腐蚀作用较大，而深海海水的强大压力则需要材料同时满足比强度高、比韧性好的性能。钛合金是以钛元素为基材加入其他元素组成的合金，具有质轻、比强度高、耐腐蚀性好、抗冲击性好、耐热耐低温性好等突出优点，广泛应用于航空航天、化工、船舶、海洋工程、冶金等领域。钛合金在船舶上的应用提高了设备在海洋环境中装备的性能和服役寿命，因此，钛及钛合金又被誉为“海洋金属”，但是钛合金在潮湿的陆地及海洋盐雾环境中常发生严重腐蚀。目前国内外传统的钛合金表面腐蚀防护方法有电镀、热喷涂、阳极氧化、电泳等，采用这些方法防护后的钛合金但在潮湿的陆地和海洋环境中还是会发生腐蚀破坏。

通常提高钛合金表面耐磨性最有效的方法就是提高其硬度，制备防护膜层是最有效、最经济、应用最普遍的方法。如通过优化固溶时效制度将钛合金硬度提高到490HV；在钛合金中渗碳、渗氮以形成TiC、TiN硬质层；利用超高音速火焰喷涂法喷涂耐磨膜层可将钛合金表面硬度提高至1100HV以上；利用物理气相沉积在钛合金表面制备硬质膜层，但是上述方法不同程度地存在制备工艺复杂、成本较高、膜层绝缘性能差的问题。微弧氧化处理后的轻金属基表面陶瓷膜层具有硬度高，耐蚀性强，绝缘性好，膜层与基底金属结合力强，并具有很好的耐磨和耐热冲击等性能，但是目前在钛合金表面所制备的微弧氧化膜层硬度最高可以达到600HV左右，难以达到更高的硬度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种采用微弧氧化制备钛合金表面耐磨绝缘膜层的方法。该方法采用分步升压法从低电压逐步增加到高电压，以控制微弧氧化反应的程度，在钛合金表面制备耐磨绝缘膜层，从而有效调控了耐磨绝缘膜层的生长，保证了耐磨绝缘膜膜层的致密性与厚度，提高了钛合金的硬度和耐磨性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：步骤一、依次采用400目、800目和1200目的水磨砂纸将钛合金试片打磨至表面平整光洁，然后浸入到混合酸中进行酸洗，再用蒸馏水冲洗除去表面残余酸液，得到表面活化的钛合金试片；

步骤二、将步骤一中得到的表面活化的钛合金试片浸没在脉冲微弧氧化设备的微弧氧化槽内盛放的电解液中，然后将表面活化的钛合金试片与电源正极相接，将微弧氧化槽与电源负极相接，再调节脉冲微弧氧化设备的参数采用分步升压法进行氧化反应，在钛合金试片表面形成耐磨绝缘膜层，关闭脉冲微弧氧化设备后取出并采用蒸馏水清洗后吹干，得到表面具有耐磨绝缘膜层的钛合金；所述微弧氧化槽的材质为不锈钢；所述电解液的成分包括主成膜剂偏铝酸钠和添加剂，添加剂为氟化钠和氢氧化钠，其中，偏铝酸钠的含量为10g/L～40g/L，氟化钠的含量为1g/L～5g/L，氢氧化钠的含量为0.5g/L～1.5g/L。

本发明采用微弧氧化方法在钛合金试片表面制备耐磨绝缘膜层，采用分步升压的控制方法从较低电压逐步增加到较高电压，并分别在对应增加后的电压下进行氧化反应，有效调控了耐磨绝缘膜层的生长，保证了耐磨绝缘膜层的致密性与厚度，提高了钛合金表面的硬度和耐磨性能，避免恒压状态下电压较低导致耐磨绝缘膜层生长速度较小达不到厚度要求，以及电压较高导致耐磨绝缘膜层生长速度过快不利于提高耐磨绝缘膜层的致密性与均匀性及与钛合金的结合强度。