Ti-6Al-4V表面Ti（C、N）复合膜的液相等离子体制备工艺研究

发布时间：2017-08-04 08:01

  本文关键词：Ti-6Al-4V表面Ti（C、N）复合膜的液相等离子体制备工艺研究

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【摘要】：本文以Ti-6Al-4V为研究对象,分别在直流电源和脉冲电源条件下利用液相等离子体的方法在基体表面制备一层含有C、N元素的表面复合膜,并在此基础上利用脉冲电源在基体表面制备一层含有C、N、Ca、P等多元素复合膜。系统研究了表面复合膜的制备工艺,用扫描电镜(SEM)观察了试样的表面和截面形貌,用能谱仪(EDS)和X射线衍射仪对试样的元素组成和相组成进行了分析。用显微硬度仪检测了试样截面的硬度,通过往复摩擦初步研究了试样表面的摩擦性能,运用电化学工作站分析其电化学腐蚀行为。结果表明：在直流电源条件下,调节电压和处理时间可以在Ti-6Al-4V表面制备含有C、N元素的表面复合膜。在220V电压条件下处理20min可以获得厚度超过100μm的表面强化区,最高硬度可以达到1362HV0.05。通过往复摩擦和电化学测试可以得出经过处理的试样耐磨性能和耐腐蚀性能均有所提高。在脉冲电源条件下,调节脉冲频率在2000Hz,占空比为60%时,在300V脉冲电压下处理20min,可以在Ti-6Al-4V表面制备一层含有C、N元素的表面复合膜。试样截面硬度值可以达到840HV0.05,表面硬化层厚度达到120μm。截面硬度和表面摩擦性能测试说明经过处理试样表面耐磨性能有所提高,电化学测试说明试样短时间表面处理后耐腐蚀性能得到提升。配置的Ca(NO3)2-Na3PO4和甲酰胺-水的多种物质混合溶液中,经过液相等离子体的方法,在Ti-6Al-4V表面制备了一层含有Ca-P盐的复合膜,实现了钛合金表面C、N、Ca、P元素的同时复合。钙元素以磷酸钙盐和钛酸钙形式存在；磷元素以磷酸钙形式存在；碳氮元素以碳氮化钛形式存在。面扫描结果显示各元素在整个试样表面分布较为均匀,电化学测试结果表明处理后的试样表面腐蚀速率降低了。
【关键词】：Ti-6Al-4V 等离子体 硬度 摩擦性能 耐蚀性能
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 钛合金表面改性技术简介9-11
• 1.1.1 钛合金简介9-10
• 1.1.2 钛合金表常见表面改性方法10-11
• 1.2 液相等离子体电解技术简介11
• 1.3 液相等离子电解技术在钛及钛合金表面改性的研究现状11-13
• 1.4 本课题研究目的与内容13-15
• 2 实验研究方法15-18
• 2.1 实验材料及实验设备15-16
• 2.1.1 实验材料15
• 2.1.2 实验装置15-16
• 2.2 分析与测试方法16-18
• 2.2.1 形貌观察和成分分析16
• 2.2.2 相组成分析16-17
• 2.2.3 显微硬度测试17
• 2.2.4 耐磨性测试17
• 2.2.5 电化学测试17-18
• 3 直流电源条件下Ti-6Al-4V表面Ti(C、N)复合膜的制备18-36
• 3.1 直流电压对Ti-6Al-4V表面Ti(C、N)复合膜制备的影响18-28
• 3.1.1 形貌分析18-20
• 3.1.2 EDS能谱分析20-23
• 3.1.3 物相分析23-25
• 3.1.4 截面硬度分析25-27
• 3.1.5 磨损性能27-28
• 3.1.6 电化学测试28
• 3.2 处理时间对Ti-6Al-4V表面Ti(C、N)复合膜制备的影响28-34
• 3.2.1 形貌分析28-29
• 3.2.2 EDS能谱分析29-31
• 3.2.3 物相分析31-32
• 3.2.4 截面硬度分析32-33
• 3.2.5 磨损性能33-34
• 3.2.6 电化学测试34
• 3.3 导电盐对Ti-6Al-4V表面Ti(C、N)复合膜制备的影响34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 4 脉冲电源条件下Ti-6Al-4V表面Ti(C、N)复合膜的制备36-55
• 4.1 脉冲电压对Ti-6Al-4V表面Ti(C、N)复合膜制备的影响36-41
• 4.1.1 形貌分析36-37
• 4.1.2 EDS能谱分析37-39
• 4.1.3 物相分析39-40
• 4.1.4 截面硬度分析40-41
• 4.2 处理时间对Ti-6Al-4V表面Ti(C、N)复合膜制备的影响41-48
• 4.2.1 形貌分析41-43
• 4.2.2 EDS能谱分析43-45
• 4.2.3 物相分析45-47
• 4.2.5 磨损性能47-48
• 4.2.6 耐蚀性能48
• 4.3 占空比对Ti-6Al-4V表面Ti(C、N)复合膜制备的影响48-53
• 4.3.1 形貌分析48-49
• 4.3.2 EDS能谱分析49-51
• 4.3.3 物相分析51-52
• 4.3.4 截面硬度分析52-53
• 4.4 频率对Ti-6Al-4V表面Ti(C、N)复合膜制备的影响53-54
• 4.5 本章小结54-55
• 5 Ti-6Al-4V表面含有Ca-P元素的复合膜制备55-62
• 5.1 表面形貌55-57
• 5.2 EDS能谱分析57-59
• 5.3 物相分析59-60
• 5.4 电化学测试60-61
• 5.5 本章小结61-62
• 结论62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-66

【参考文献】

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本文编号：618419