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多脉冲双极微弧氧化陶瓷膜层高温氧化性能研究

多脉冲双极微弧氧化陶瓷膜层高温氧化性能研究

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作者：张黛玥牡丹江师范学院

学位级别：硕士

传统的微弧氧化反应,只发生在一个反应电极上。与传统的微弧氧化反应相比,双电极放电微弧氧化反应（简称双极反应）,可以发生在两个电极上。双极微弧氧化技术是通过设计和引入新型电源后才得以实现。双极放电微弧氧化电源,不仅可以提供... 详细信息

传统的微弧氧化反应,只发生在一个反应电极上。与传统的微弧氧化反应相比,双电极放电微弧氧化反应（简称双极反应）,可以发生在两个电极上。双极微弧氧化技术是通过设计和引入新型电源后才得以实现。双极放电微弧氧化电源,不仅可以提供传统电源波形,还可提供两种能制备双极微弧氧化膜层新波形。利用双极微弧氧化技术,在铝酸盐体系中恒压条件下,采用双向脉冲、双向多脉冲和双向多脉冲（占空比逐渐减小）模式,在钛合金表面原位生长陶瓷膜层。X-射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和EDS能谱分析分别探究膜层的相组成、表面形貌和膜层元素含量,利用测厚仪探究膜层厚度,并通过高温氧化增重实验考察其抗高温性能。结果表明:在双向脉冲模式下,在电压600 V、频率500 Hz、占空比10%和时间10 min条件下,制备的膜层在800℃下高温氧化增重量最低（0.5625 mg/cm）,为基体增重量的1/5;焙烧前膜层分布形状各异的微孔,孔洞大小不一且孔洞之间相互连接,同时伴有少许微裂纹,主要由Ti、O和Al元素组成,以TiAl O为主晶相;焙烧后Ti元素与O元素含量较多,膜层主要以金红石相Ti O为主晶相,表面没有出现膜层脱落和基体暴露的现象。在双向多脉冲与双向多脉冲（占空比逐渐减小）模式下,焙烧前膜层主晶相均为Ti和TiAl O,表面出现不规则与孔径大小不一的孔洞,整体较为均匀与光滑;焙烧后膜层均以TiAl O为主晶相,出现少许Ti O（R）,前者焙烧后出现明显较大孔洞,有少许凸起,后者孔径增大,孔洞变多,出现明显结晶。双向多脉冲模式中,正负脉冲数比相同的抗高温性能更佳。其中,正负脉冲数比3:3的双极微弧氧化试样在700℃下高温氧化增重量为0.1500 mg/cm（双极1）和0.0750 mg/cm（双极2）,与基体相比,是基体增重量的1/8,抗高温能力显著增强;双向多脉冲（占空比逐渐减小）模式中,正负脉冲数比不同的抗高温性能更佳,正负脉冲数比为4:5的双极微弧氧化试样在700℃下高温氧化增重量仅为0.1000 mg/cm（双极1）和0.1250 mg/cm（双极2）,与基体相比,约是基体增重量的1/6。故钛合金经双极微弧氧化技术处理后,阻止氧气侵入能力增强,抗高温能力显著增强。将双向脉冲模式、双向多脉冲模式（正负脉冲数比3:3）与双向多脉冲（占空比逐渐减小）模式（正负脉冲数比4:5）试样及TC4基体进行在700℃下恒温氧化与循环氧化增重实验,高温氧化增重量曲线基本呈现抛物线规律,未处理的TC4基体在高温下无抵抗力,而经过双极微弧氧化处理试样在循环氧化增重实验后,高温氧化增重量约为基体增重量1/8、1/9和1/8;经恒温氧化增重实验后,双极微弧氧化试样高温氧化增重量约为基体增重量的1/7、1/7和1/6。三种模式下焙烧前试样均是由TiAl O为主晶相,焙烧后部分转化为Ti O（R）。双向脉冲模式与双向多脉冲（占空比逐渐减小）模式下膜层高温焙烧后出现微裂纹,而双向多脉冲模式下试样膜层表面较为均匀与致密,故双极微弧氧化在双向多脉冲模式下正负脉冲数比为3:3时所制备的试样增重量最低,抗高温氧化效果最佳。

关键词：双极微弧氧化 Ti-6Al-4V合金脉冲数比双向多脉冲输出抗高温氧化

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