【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于金屬表面處理，涉及鈦合金材料的表面處理，尤其特別涉及一種鈦合金材料微弧氧化致密微弧氧化膜層的制備方法。
技術介紹
1、鈦合金是以鈦元素為基礎加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質異晶體：鈦是同素異構體，熔點為1668℃，在低于882℃時呈密排六方晶格結構，稱為α-鈦；在882℃以上呈體心立方品格結構，稱為β-鈦。利用鈦的上述兩種結構的不同特點，添加適當的合金元素，使其相變溫度及組分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金。
2、由于鈦合金表面硬度低，當表面發生摩擦時表現出差的耐磨性，另外摩擦副間的接觸，還可能發生黏著磨損、磨粒磨損和疲勞脫落，特別的是一些軸件與航空器件還可能發生微動磨損
3、和微擾磨損。另外在自然環境中雖然鈦合金表面容易生成穩定的氧化膜，但在長時間的高溫環境中，由于生成的氧化膜薄使得結合力降低，導致其抗高溫氧化性能降低。此外鈦合金在還原性酸中，如鹽酸、硫酸、磷酸及氫氟酸中就會發生全面腐蝕，還會在有氯離子的水溶液里面發生縫隙腐蝕。
4、因此通過不同的表面處理技術可以提高鈦合金的耐磨性、耐高溫氧化性、表面硬度及在還原性酸中的耐蝕性，從而拓寬其使用范圍。目前，鈦合金表面處理技術大致有三種：一是傳統的表面處理；二是激光處理和離子滲氮處理；三是陽極氧化和微弧氧化處理。
5、傳統的表面處理方法，包括熱擴散、涂覆和沉積。表面熱擴散主要是利用一些粉料，如碳粉和硼粉等在試樣表面生成一層化合物膜層，得到的膜層雖然結合力較高且缺陷較少，但對操作技術和環境要求較高。表面涂覆常使用溶膠
6、等離子滲氮技術是鈦合金在低氣壓中，通過陰陽極擊穿產生的離子輝光形成帶有離子氮的氛圍，然后經過一系列的反應滲透生成氧化膜的過程。雖然膜層性能提升，但滲氮層淺且該技術影響因素較多，如時間、電壓、溫度等。表面激光處理技術分為直接能量沉積涂覆和激光粉末合金化。直接能量沉積涂覆是借助激光束的能量融化金屬絲材或金屬粉末然后成膜，而激光粉末合金化是通過預先鋪設符合膜層性能的金屬粉末，然后激光往復移動成膜。這兩種
7、方法制得的膜層，由于內部溫度快速的變化而產生應力，導致膜層容易出現裂紋、脫落和結合力差等問題。
8、鈦合金的陽極氧化是在膜層表面發生電化學氧化然后生成氧化膜的過程，它的陽極氧化電化學反應過程為:ti→ti2+→ti4+→tio2。陽極氧化大多用于薄膜的制備，薄膜超強的濕敏、氣敏和光催化特性被用于很多傳感器元件，另外含有氟離子的電解液，陽極氧化也可以制備?tio2納米管多用于醫學鄰域。雖然陽極氧化擁有諸多優點，但其工作電壓一般在低電壓區，同時大多數電解液采用酸性電解液，比較污染環境，而且預處理工藝比較繁瑣，相對而言膜層厚度偏小。
9、而微弧氧化技術是在陽極氧化的基礎上發展而來，它突破了法拉第工作電壓的限制將電壓引入到高電壓區，在高電壓、強電場的等離子體作用下，發生一系列物理化學反應包括：陽極氧化、火花放電、微弧氧化、熄弧四個階段，隨著表面放電的同時，表面膜層也隨之迅速增長，而膜層的生成大幅度提升了鈦合金基體的性能。
10、微弧氧化技術（micro-arc?oxidation，mao）又被稱為微等離子體電解氧化（micro-plasma?oxidation，mpo）或者陽極火花沉積（anodic?spark?deposition，asd）。該技術將?al、mg、ti、zr?等閥金屬或其合金置于電解質水溶液中，利用微弧區域瞬間高溫燒結作用，直接在閥金屬或其合金表面生成與基體呈冶金結合態的晶態氧化物陶瓷相結構膜層。
11、在微弧氧化初期階段常采用酸性體系，王建民等發現?10%的?h2so4電解液與?10%的?h3po4電解液相比，起弧電壓降低，膜層孔徑減小且膜層呈現出多孔的結構。關鑫等發現h2so4中制備的氧化膜層中主要物相為銳鈦礦和金紅石相，而?h3po4中制備的氧化膜層中主要物相為無定型的氧化鈦相。
技術實現思路
1、基于上述內容，本專利技術首次發現了在酸性微弧氧化液中添加磷酸二氫錳可以顯著的改善微弧氧化膜層結構，顯著改善微弧氧化膜層的孔隙大小和致密度，尤其是改善其中的致密層空隙結構，使得微弧氧化膜膜層與基體結合強度高，不易脫落，微弧氧化膜均有極高的耐磨損性、耐熱氧化性、和抗腐蝕性，此外由于膜層是陶瓷膜層，因此膜層具有良好的絕緣性，微弧氧化試樣制備的效率高，對環境污染小。
2、具體而言，本專利技術提供一種鈦合金材料表面工藝，包括如下步驟：
3、（1）依次在?80#、180#、400#、800#、1200#砂紙上打磨鈦合金；
4、（2）去離子水沖洗、乙醇超聲清洗和冷風吹干；
5、（3）將經過步驟（2）處理的鈦合金為陽極，浸泡于微弧氧化液中實施微弧氧化，微弧氧化的電解參數：正向電壓450v、負向電壓110v、頻率是350hz；正占空比55%、負占空比25%，時間20min，初始電解液溫度為常溫。
6、（4）依次使用去離子水和無水乙醇清洗，烘干獲得鈦合金基的微弧氧化材料。
7、應當注意的是，本專利技術的微弧氧化液為可以為弱酸性或酸性，但不可為堿性。
8、微弧氧化液中含有8-9g/l磷酸二氫錳。
9、微弧氧化液由20-25g/l硫酸、10-12g/l磷酸二氫錳、4-5g/l硼酸和1-2g/l酒石酸鉀和去離子水組成。
10、所述鈦合金表面的微弧氧化的厚度為30-80μm。
11、本專利技術磷酸二氫錳的加入使得微弧氧化過程中等離子體擊穿時所攜帶的能量增大，在放電通道內高溫高壓的作用下，參與成膜的熔融氧化物大量堆積到微孔周圍并不斷向四周擴散，在擴散的同時由于電解液的極冷作用使得熔融氧化物凝固并將一些微孔覆蓋，熔融氧化物的擴散將這些微孔覆蓋，錳元素向內部擴散進而覆蓋致密層的孔洞，并留在膜層底部，進而顯著降低致密層中的孔隙率，膜層截面變得致密的同時，膜層截面起伏趨勢開始增加，大尺寸的通孔和膜層內部縱向與橫向分布的孔洞減小，膜層厚度也開始增加，進而獲得致密的、耐腐蝕的微弧氧化膜層。
12、此外，微弧氧化受到多個因素的影響，其中電參數就是一個重要的影響因素。電參數包括：電源模式、電壓、頻率和占空比。
13、不同的電源類型，就會有不同的電源模式，從而影響電壓的輸出形式。最先使用的電源是直流電源，由于其功耗大，只適用于薄的膜層制備和簡單構型的零件，而被逐漸淘汰。之后出現了交流電源，采用交流電源恒壓模式制備的膜層提升了膜層的結構，但輸出精度低且可調范圍比較窄。隨著電源的不斷改進，出現了單極性脈沖電源和雙極性脈沖電源，相比直流電源和交流電源，他們可調控范圍廣且本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種鈦合金材料表面工藝，其特征在于包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的一種鈦合金材料表面工藝，其特征在于所述微弧氧化液為酸性。
3.如權利要求1所述的一種鈦合金材料表面工藝，其特征在于微弧氧化液中含有8-9g/L磷酸二氫錳。
4.如權利要求1所述的一種鈦合金材料表面工藝，其特征在于微弧氧化液由20-25g/L硫酸、10-12g/L磷酸二氫錳、4-5g/L硼酸和1-2g/L酒石酸鉀和去離子水組成。
5.如權利要求1所述的一種鈦合金材料表面工藝，其特征在于所述鈦合金表面的微弧氧化的厚度為30-80μm。
6.如權利要求1所述的一種鈦合金材料表面工藝，其特征在于所述鈦合金材料應當包括有純鈦。
【技術特征摘要】
1.一種鈦合金材料表面工藝，其特征在于包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的一種鈦合金材料表面工藝，其特征在于所述微弧氧化液為酸性。
3.如權利要求1所述的一種鈦合金材料表面工藝，其特征在于微弧氧化液中含有8-9g/l磷酸二氫錳。
4.如權利要求1所述的一種鈦合金材料表面工藝，其特征在于微弧氧...
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