专利名称：Ta15钛合金表面抗腐耐磨陶瓷涂层的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种钛合金表面抗腐耐磨陶瓷涂层的制备方法。
背景技术：
钛及钛合金因其质轻、机械强度高、耐腐蚀性能良好等优点而被广泛应 用于航空航天、轮船舰艇部件上，TA15是近年来从俄罗斯引进并实现国产化 的钛合金牌号，因其轻质高强而主要用于制造飞机零部件。但是，虽然TA15 钛合金强度高，但硬度低，抗磨减磨性能差；另外，TA15合金表面自然氧化 形成的二氧化钛膜，其标准电极电位为0.86V，对于提高自身的抗腐蚀性很有 利，但其电极电位远高于铁(-0.44)、铜(0.34)，锡(-0.136)、铅(-0.126) 和锑(0.75)，当钛合金零件与这类材料制成的零件配合在海洋环境下使用时， 电偶腐蚀将非常严重。
发明内容
本发明的目的是为了解决TA15合金抗磨减摩性差，以及在腐蚀环境中 TA15与其它异种金属接触使用时，导致与其接触的金属发生严重腐蚀的问题， 提供了一种TA15钛合金表面抗腐耐磨陶瓷涂层的制备方法。
TA15钛合金表面抗腐耐磨陶瓷涂层的制备方法如下 一、将TA15钛合 金的表面打磨至光洁度为0.5~2.0，然后将TA15钛合金在丙酮中超声清洗 3-5min; 二、将清洗后的TA15钛合金置于装有碱性电解液的不锈钢槽体中， 以TA15钛合金做阳极、不锈钢槽体为阴极，在脉冲电压为400 600V、脉冲 频率为400 800Hz、脉冲占空比为4 20%，碱性电解液温度为0 50。C的条 件下微弧氧化30 80分钟，在TA15钛合金表面得到厚度为10 50拜的陶瓷 涂层，其中步骤二中碱性电解液的浓度为5 100g/L。
本发明步骤二所述的碱性电解液的溶质是硅酸钠、偏铝酸钠、磷酸三钠、 六偏磷酸钠、次磷酸钠、钨酸钠、碳酸钠或钼酸钠中的一种或其中几种的组合。
本发明方法采用碱性电解液，钛合金零件作为阳极，不锈辦作为阴极。氧 化过程中的能量由可调控高压高频双极脉冲电源提供。当外加电压超过置于电解液中钛合金表面绝缘膜的临界电压时，零件表面产生大量火花放电，火花放电局部区域瞬间温度可达103~104。C,它使基体原位氧化形成致密的氧化物涂 层，涂层与基体以微冶金结合，剪切强度达到50 80MPa。当飞机、轮船、舰 艇部件上镀上本发明的涂层后，涂层阻止了异种金属部件的直接接触，从而解 决了金属被腐蚀的问题。
具体实施方式
具体实施方式
一本实施方式中TA15钛合金表面抗腐耐磨陶瓷涂层的制 备方法如下 一、将TA15钛合金的表面打磨至光洁度为0.5-2.0,然后将TA15 钛合金在丙酮中超声清洗3 5min; 二、将清洗后的TA15钛合金置于装有碱性 电解液的不锈钢槽体中，以TA15钛合金做阳极、不锈钢槽体为阴极，在脉冲 电压为400 600V、脉冲频率为400 800Hz、脉冲占空比为4 20%,碱性电 解液温度为0 5(TC的条件下微弧氧化30 80分钟，在TA15钛合金表面得到 厚度为10 50pm的陶瓷涂层，其中步骤二中碱性电解液的浓度为5 100g/L。本实施方式将经过步骤一清洗后的TA15钛合金置于NaA102浓度为8克/ 升、NaH2P02浓度为1克/升的不锈钢槽体中，以TA15钛合金做阳极、不锈钢 槽体为阴极，在脉冲电压为500V、脉冲频率为600Hz、占空比为8%，碱性电 解液温度为0 50。C的条件下微弧氧化30分钟，制得厚度为15拜的涂层。对 处理后的TA15合金进行摩擦学与电偶腐蚀性能测试。涂层在1N载荷下的摩 擦系数在0.7左右，表面疏松层去除后，15拜厚致密内层的摩擦系数降低至 0.2。电偶腐蚀测试按GB/T15748-1995《船用金属材料电偶腐蚀试验方法》进 行，TA15表面涂层与钢对偶的电流密度为0.79piA/cm2，远低于TA15合金与 钢对偶的电流密度。根据航空工业部标准HB5374—87，即《不同金属电偶电 流测定方法》中规定的电偶腐蚀敏感性的评定等级，涂层试样跟不锈钢偶接时， 电偶电流大于0.3jjA/cii^而小于l.Ou A/cm2，电偶腐蚀敏感性为b级，属于有 条件限制使用，表明弧氧化涂层在工程实际中， 一般条件下可以和不锈钢直接 接触使用。本实施方式将经过步骤一清洗后的TA15钛合金置于NaA102浓度为3克/ 升、Na3P04浓度为3克/升、Na2Si03浓度为9克/升的不锈钢槽体中，以TA15 钛合金做阳极、不锈钢槽体为阴极，在脉冲电压为500V、脉冲频率为600Hz、4占空比为8%,碱性电解液温度为0 5(TC的条件下微弧氧化30分钟，制得厚 度为40nm的涂层。对采用本发明处理后的TA15合金进行摩擦学与电偶腐蚀 性能测试。涂层在1N载荷下的摩擦系数在0.6左右，表面疏松层去除后，20pm 厚致密内层的摩擦系数降低至0.15。电偶腐蚀测试按GB/T15748-1995《船用 金属材料电偶腐蚀试验方法》进行，TA15表面涂层与钢对偶的电流密度为 0.23^cm2,低于TA15合金与钢对偶的电流密度。根据航空工业部标准 HB5374"87，即《不同金属电偶电流测定方法》中规定的电偶腐蚀敏感性的 评定等级，涂层试样跟不锈钢偶接时，电偶电流大于0.3^lA/cm2而小于 1.0^lA/cm2，电偶腐蚀敏感性为B级，属于有条件限制使用，表明弧氧化涂层在 工程实际中， 一般条件下可以和不锈钢直接接触使用。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述的碱 性电解液的溶质是硅酸钠、偏铝酸钠、磷酸三钠、六偏磷酸钠、次磷酸钠、钨 酸钠、碳酸钠或钼酸钠中的一种或其中几种的组合。其它与具体实施方式
一相 同。本实施方式中当碱性电解液的溶质为组合物时，各种组合物按任意比例混合o具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述的脉 冲电压为401 500V。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述的脉 冲电压为501 599V。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述的脉 冲电压为450V。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述的脉 冲电压为550V。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述的脉 冲频率为401 600Hz。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述的脉 冲频率为601 799Hz。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述的脉冲频率为500Hz。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述的脉 冲频率为650Hz。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述脉 冲的占空比为5 10%。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述脉 冲的占空比为11 19%。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述脉 冲的占空比为15%。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述脉 冲的占空比为9%。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述的 碱性电解液温度为1 25°C。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述的 碱性电解液温度为26 49'C。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述的碱性电解液温度为2(TC。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述的碱性电解液温度为3(TC。其它与具体实施方式
一相同。
权利要求
1. 一种TA15钛合金表面抗腐耐磨陶瓷涂层的制备方法，其特征在于TA15钛合金表面抗腐耐磨陶瓷涂层的制备方法如下一、将TA15钛合金的表面打磨至光洁度为0.5～2.0，然后将TA15钛合金在丙酮中超声清洗3～5min；二、将清洗后的TA15钛合金置于装有碱性电解液的不锈钢槽体中，以TA15钛合金做阳极、不锈钢槽体为阴极，在脉冲电压为400～600V、脉冲频率为400～800Hz、脉冲占空比为4～20％，碱性电解液温度为0～50℃的条件下微弧氧化30～80分钟，在TA15钛合金表面得到厚度为10～50μm的陶瓷涂层，其中步骤二中碱性电解液的浓度为5～100g/L。
2、根据权利要求1所述的TA15钛合金表面抗腐耐磨陶瓷涂层的制备方 法，其特征在于步骤二所述的碱性电解液的溶质是硅酸钠、偏铝酸钠、磷酸三 钠、六偏磷酸钠、次磷酸钠、钨酸钠、碳酸钠或钼酸钠中的一种或其中几种的 组合。
3、 根据权利要求1所述的TA15钛合金表面抗腐耐磨陶瓷涂层的制备方 法，其特征在于步骤二所述的脉冲电压为401 500V。
4、 根据权利要求1所述的TA15钛合金表面抗腐耐磨陶瓷涂层的制备方 法，其特征在于步骤二所述的脉冲电压为501 599V。
5、 根据权利要求1所述的TA15钛合金表面抗腐耐磨陶瓷涂层的制备方 法，其特征在于步骤二所述的脉冲频率为401 600Hz。
6、 根据权利要求1所述的TA15钛合金表面抗腐耐磨陶瓷涂层的制备方 法，其特征在于步骤二所述的脉冲频率为601 799Hz。
7、 根据权利要求1所述的TA15钛合金表面抗腐耐磨陶瓷涂层的制备方 法，其特征在于步骤二所述脉冲的占空比为5 10%。
8、 根据权利要求1所述的TA15钛合金表面抗腐耐磨陶瓷涂层的制备方 法，其特征在于步骤二所述脉冲的占空比为11 19%。
9、 根据权利要求1所述的TA15钛合金表面抗腐耐磨陶瓷涂层的制备方 法，其特征在于步骤二所述的碱性电解液温度为1 25°C。
10、 根据权利要求1所述的TA15钛合金表面抗腐耐磨陶瓷涂层的制备方 法，其特征在于步骤二所述的碱性电解液温度为26 49。C。
全文摘要
TA15钛合金表面抗腐耐磨陶瓷涂层的制备方法，它涉及一种钛合金表面抗腐耐磨陶瓷涂层的制备方法。本发明解决了TA15合金抗磨减摩性差，以及在腐蚀环境中TA15与其它异种金属接触使用时，导致与其接触的金属发生严重腐蚀的问题。本发明如下将经过表面打磨、超声清洗后的TA15钛合金置于装有碱性电解液的不锈钢槽体中，以TA15钛合金做阳极、不锈钢槽体为阴极，在脉冲电压为400～600V、频率为400～800Hz、占空比为4～20％，温度为0～50℃的条件下微弧氧化。本发明方法得到的氧化物涂层，剪切强度达到50～80MPa，用于飞机、轮船或舰艇部件上，涂层阻止了异种金属对偶部件的直接接触，防止金属被腐蚀。
文档编号C25D11/02GK101260558SQ200810064369
公开日2008年9月10日 申请日期2008年4月23日 优先权日2008年4月23日
发明者玉 周, 张鹏飞, 欧阳家虎, 王亚明, 贾德昌, 郭立新 申请人:哈尔滨工业大学