钛合金微弧氧化组织结构分析

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1、第一章.概述31.1钛合金简及历史发展31.2钛合金的特点41.3钛合金的应用现状及存在问题61.4钛合金表面处理技术71.5微弧氧化8第二章、微弧氧化82.1微弧氧化技术的历史发展82.2微弧氧化的原理102.3微弧氧化的特点122.4钛合金微弧氧化陶瓷层的制备工艺132.4.1钛合金微弧氧化的工艺参数132.4.2钛合金微弧氧化的电解液组成152.4.3微弧氧化陶瓷层的性能162.5钛合金微弧氧化技术的意义与前景16第三章.实验设备及实验方案设计183.1实验设备简介183.2实验方案的选取193.3微弧氧化膜制备过程193.4微弧氧化过程和实验现

2、象213.5实验材料223.6实验所用样品及主要仪器233.7.钛合金微弧氧化膜的金相采集25第四章.实验结果及分析264.1.微弧氧化过程中电压与时间关系264.2膜层厚度274.3钛合金微弧氧化膜组织结构分析294.4钛合金微弧氧化膜的显微硬度344.5结论3533第一章.概述1.1钛合金简及历史发展钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6A

3、l-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。钛合金是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料，主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件比重、强度和使用温度介于铝和钢之间，但比强度高并具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能。1950年美国首次在F-84战斗轰炸机上用作后机身隔热板、导风罩、机尾罩等非承力构件。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的

4、高温钛合金和机体用的结构钛合金。60年代开始钛合金的使用部位从后机身移向中机身、部分地代替结构钢制造隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件。钛合金在军用飞机中的用量迅速增加，达到飞机结构重量的20％～25％。70年代起，民用机开始大量使用钛合金，如波音747客机用钛量达3640公斤以上。马赫数小于2.5的飞机用钛主要是为了代替钢，以减轻结构重量。60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。70年代，钛合金在航空发动机中的用量一般占结构总重量的20％～30％，主要用于制造

5、压气机部件，如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、铸钛压气机机匣、中介机匣、轴承壳体等。80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。33另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用。1.2钛合金的特点钛是

6、一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。99.5％工业纯钛的性能见表1.1，钛合金性能密度g/cm3熔点℃导热系数(w/m.k)抗拉强度MPa伸长率断面收缩率弹性模量MPa硬度HB参数4.5180015.2453925%25%1.078*105195表1.1:95%工业纯钛的性能与工业纯钛相比，钛合金除了具有以上性能还具有以下特性。(1)比强度高钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60％，纯钛的强度接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合

7、金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。(2)热强度高使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。(3)抗蚀性好33钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、

8、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。(4)低温性能好钛合金在低温