[发明专利]TiC颗粒增强钛基复合材料表面微弧氧化陶瓷层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在钛基复合材料表面微弧氧化陶瓷层的方法。

背景技术

TiC颗粒增强钛基复合材料因其优异的强韧性和耐高温性受到了广泛的关注，但其较差的耐磨性直接制约了其在汽车制造、航空航天等领域中作为耐磨结构件的应用。通过微弧氧化方法，在复合材料表面生成陶瓷涂层，可有效提高其耐磨性。进一步推广其作为高强、高温耐磨结构件中的应用。

微弧氧化是将Ti、Mg、Al等阀金属或其合金置于电解质水溶液中，利用电化学方法，在该材料的表面微孔中产生火花放电斑点，在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下，原位生成陶瓷膜的方法。由于TiC陶瓷增强相与钛、钛合金基体金属物理化学性质相差甚远，会直接影响到微弧氧化过程中放电的均匀性和涂层的完整性，所以迄今为止国内外还没有关于TiC颗粒增强钛基复合材料直接进行微弧氧化处理的报道。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有TiC颗粒增强钛基复合材料耐磨性差的技术问题，提供了一种TiC颗粒增强钛基复合材料表面微弧氧化陶瓷层的制备方法。

本发明iC颗粒增强钛基复合材料表面微弧氧化陶瓷层的制备方法按以下步骤进行：

一、将TiC颗粒增强钛基复合材料放入电解液中，以TiC颗粒增强钛基复合材料为正极、铁板为负极，控制电解液温度为10～60℃，采用双向脉冲电源，在正脉冲电压为200～800V、负脉冲电压为0～400V、正脉冲工作频率为200～2000Hz、负脉冲工作频率为200～2000Hz、占空比为4～20％的条件下，处理3～30min；

二、将经过步骤一处理的TiC颗粒增强钛基复合材料冲洗3～5次，干燥，即得表面微弧氧化陶瓷层TiC颗粒增强钛基复合材料；

步骤一中所述电解液由硅酸钠、铝酸钠、磷酸钠、乙醇和去离子水组成，电解液中硅酸钠浓度为3～35g/L，铝酸钠浓度为3～60g/L，磷酸钠浓度为3～40g/L，乙醇浓度为5～20ml/L。

步骤一中所述TiC颗粒增强钛基复合材料中作为增强相的TiC颗粒为用微米级或纳米级，TiC颗粒增强钛基复合材料中的基体为钛、TC3钛合金或TC4钛合金，TiC颗粒增强钛基复合材料中TiC的体积含量为3％～20％。

本发明可在TiC颗粒增强钛基复合材料表面直接进行微弧氧化生成陶瓷层，经划痕法测试，微弧氧化陶瓷层与钛合金的结合力大于75N，不易剥离、脱落；陶瓷层厚度可控制在10～40μm之间，具有较为优异的耐磨性；而且经微弧氧化的TiC颗粒增强钛基复合材料的力学性能较仍保持原复合材料的较高数值。在未经过微弧氧化时，TiC颗粒增强钛基复合材料直接与GCr 15钢球对磨的摩擦系数为0.7～0.8，体积磨损率为20×10^-6～100×10^-6mm³(m·N)^-1，而经表面微弧氧化处理后，其摩擦系数降至0.5～0.7，体积磨损率降至0.02×10^-6～0.3×10^-6mm³(m·N)^-1，仅为原复合材料的千分之一，基本可做到零磨损。

本发明微弧氧化方法简单，不受TiC颗粒增强钛基复合材料工件尺寸、形状的影响，对环境无污染，有效地解决了TiC陶瓷增强颗粒对复合材料表面微弧氧化放电过程中放电均匀性差和涂层完整性不好的问题，显著增强了复合材料表面的抗磨损性能。

附图说明

图1是实验十一所得微弧氧化陶瓷层TiC/TC4复合材料中微弧氧化陶瓷层的截面形貌图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式TiC颗粒增强钛基复合材料表面微弧氧化陶瓷层的制备方法按以下步骤进行：

一、将TiC颗粒增强钛基复合材料放入电解液中，以TiC颗粒增强钛基复合材料为正极、铁板为负极，控制电解液温度为10～60℃，采用双向脉冲电源，在正脉冲电压为200～800V、负脉冲电压为0～400V、正脉冲工作频率为200～2000Hz、负脉冲工作频率为200～2000Hz、占空比为4～20％的条件下，处理3～30min；

二、将经过步骤一处理的TiC颗粒增强钛基复合材料冲洗3～5次，干燥，即得微弧氧化陶瓷层TiC颗粒增强钛基复合材料；