钛合金表面多孔TiO2的制备及提高涂层结合性能的研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要提高隐身涂层与飞行器基体的结合性能是改善其服役寿命的重要措施，也是研究的热点问题。本项工作选择TC4钛合金为研究对象，采用阳极氧化与微弧氧化在其表面获得TiO2多孔膜，以期望提高钛合金基体与环氧涂层（含Fe吸波剂)的结合强度。本试验中阳极氧化以硫酸为电解液，微弧氧化主要以Na2SiO3为电解液，钛合金（TC4）为阳极，采用了恒压和恒流两种氧化方式。用FESEM观察了多孔膜的微观形貌并用XRD对覆在钛基体上的氧化膜进行了结构分析，系统地研究了氧化工艺参数（如电压、电流、氧化时间和电解液浓度）对TiO2多孔膜形貌、晶型、厚度和

2、表面粗糙度的影响。结果表明：阳极氧化获得的TiO2多孔膜的孔径分布在100~200nm；80V和150V分别是恒压阳极氧化过程中锐钛相和金红石相的晶型转变电压。微弧氧化获得的多孔膜孔径在0.1µm~10µm，膜厚分布在10~50µm，电流对晶型的转变有主导作用。此外还测试了钛合金基体与涂层的结合强度，分析了其影响因素。结果表明：阳极氧化中，随电压的升高，涂层的结合强度先增大后减小，随时间无明显变化，在100V，10min达到最佳值9.97MPa。微弧氧化中，涂层的结合强度随电流以及时间的增大都是先增大后减小，在3A，4min时达到最佳值33.62MPa。

3、关键词:钛合金，多孔TiO2，微弧氧化，阳极氧化，环氧涂层，结合强度i钛合金表面多孔TiO2的制备及提高涂层结合性能的研究ABSTRACTToimprovethebondingfeaturebetweenthestealthcoatingandtheaerocraftsubstrateisanimportantprecautiontoprolongtheservicelifeoftheaerocraftwhichhasbecomeoneoftheresearchemphases.Inthiswork,theTiO2porousfilmswereprepa

4、redontheTC4substratewiththeaidofanodicoxidationandmicro-arcoxidationsoastomodifythebondingstrengthbetweenthesubstrateandtheepoxycoating(withtheabsorbentFe).TheconstantvoltageoxidationwiththeelectrolyteofsulphuricacidandtheconstantcurrentoxidationwiththeelectrolyteofNa2SiO3weresep

5、aratelyadoptedintheexperiments.Thentheas-preparedTiO2porousfilmwascharacterizedrespectivelybymeansofFESEMandXRD.Theeffectsoftechnicalparameters(suchasthevoltage,thecurrent,thetime,theconcentrationoftheelectrolyte)onthemorphology,thecrystalstructure,thethicknessandthesurfaceroughn

6、essofTiO2porousfilmwereinvestigated.Itwasindicatedthattheapertureofporousfilmpreparedbyanodicoxidationinsulphuricaciddistributedfrom100nm~200nm.TheanataseTiO2filmwasobtainedattheoxidationvoltageof80V,whiletherutileTiO2wasgainedat150V.Theporousfilmpreparedbymicro-arcoxidation,howe

7、ver,possessedtheapertureof0.1µm~10µmwiththethicknessof10µm~50µm,inwhichthecurrentplayedaleadingroleinthetransformationofthecrystalstructureofTiO2film.Moreoverthebondingstrengthbetweenthesubstrateandthecoatingwasmeasured.Theresultsshowedthat,thebondingstrengthofthecoatingpreparedb

8、yanodicoxidationtechniquefirstlyincrease