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添加硫酸铜对TC4钛合金微弧氧化膜性能的影响

管靖远 , 陈泉志 , 马晓欣 , 唐仕光 , 黄祖江 , 李伟洲

表面技术 doi:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.12.010

目的 研究CuSO4 浓度和微弧氧化工艺参数(电压、氧化时间)对TC4钛合金微弧氧化膜颜色及性能的影响. 方法 在磷酸钠电解液中,对TC4钛合金进行微弧氧化处理,并添加CuSO4 获得不同颜色的陶瓷膜,对氧化膜的宏观形貌、微观形貌、物相结构以及硬度进行分析. 结果 添加CuSO4 能使陶瓷膜颜色变深,随着CuSO4 浓度升高,膜层由灰色逐渐变为红褐色. 当CuSO4 质量浓度为0. 5 g/L时,氧化膜表面均匀致密,显微硬度最高(627. 1HV);当CuSO4 质量浓度为1. 5 g/L 时,氧化膜显微硬度最低(382. 8HV). 随着电压升高,膜层颜色加深,色泽更均匀,但表面硬度下降. 在400 V条件下制备的氧化膜硬度最低,但是色泽最均匀. 随着氧化时间的延长,氧化膜厚度增加,颜色加深,色泽更为均匀,但是当氧化时间超过15 min后,氧化膜颜色变浅. 结论 CuSO4 对微弧氧化膜的显色作用明显,其浓度及微弧氧化工艺参数(电压、氧化时间)均对涂层性能、色泽、致密性、厚度及相组成具有很大的影响.

关键词: TC4钛合金 , 微弧氧化 , CuSO4 , 着色剂 , 电压 , 氧化时间

铌基合金表面Al-B包埋共渗层的组织及抗氧化性能

秦泽华 , 杨阳 , 黄祖江 , 陈泉志 , 李伟洲

材料保护

为提高铌基合金的抗氧化性能,采用包埋共渗法在铌基合金表面于780,860,940℃保温4h包埋共渗Al-B涂层,采用扫描电镜、X射线衍射仪分析共渗层形貌及结构,采用能谱仪分析其成分;采用高温氧化试验研究渗层的抗高温氧化性能.结果表明:渗层主要形成了NbAl3,NbB2和Nb5 B6三相,其中在940℃形成的渗层中形成了AlB12相,AlB12在高温下对渗层起到了一定的修复作用;经1 000℃氧化20 h后,渗层保持原始的相组成,并在表面形成由AlNbO4,NbO2,B2O3和Al2O3组成的致密混合氧化膜,且与基体结合良好;Al-B共渗层一定程度上改善了铌基合金的抗氧化性能.

关键词: 铌基合金 , Al-B共渗涂层 , 组织结构 , 抗氧化性能

阳极氧化铝膜中间层阻挡元素扩散研究^*

黄祖江 , 周敏 , 杨阳 , 陈泉志 , 唐仕光 , 李伟洲

金属学报 doi:10.11900/0412.1961.2015.00385

对铌合金C103基体上真空蒸镀的Al膜进行阳极氧化处理获得阳极氧化铝(AAO)膜, 利用电镀技术在AAO膜上制备Ni表层, 通过高温处理研究元素通过AAO膜的扩散行为. 结果表明: 没有中间层的Ni/C103及以纯Al膜作为中间层的Ni/Al/C103样品, 涂层和基体间的元素扩散严重; 而以AAO膜为中间层的Ni/AAO/C103样品, 涂层和基体间的元素扩散受到明显抑制. 经900 ℃热处理后, Ni/C103, Ni/Al/C103及Ni/AAO/C103样品其外层中Nb含量分别为7.05%, 5.08%和3.55%; 基体中的Ni含量分别为6.84%, 3.62%和2.85%; AAO膜作为中间层有较强的元素扩散阻挡能力. 在900 ℃退火后, Ni/C103和Ni/Al/C103样品表面均生成了NbNi₃相, 而Ni/AAO/C103样品并未出现Nb和Ni的反应生成物. 通过Fick定律计算得知, 900 ℃时Ni在AAO膜的扩散系数为3.28×10^-14 m²/s, Nb为2.16×10^-14 m²/s; 1000 ℃时Ni的扩散系数上升至1.03×10^-13 m²/s, Nb为3.58×10^-14 m²/s.

关键词: 阳极氧化铝(AAO)膜 , 扩散阻挡层 , 多孔结构 , Fick定律 , 扩散系数

阳极氧化铝膜中间层阻挡元素扩散研究

黄祖江 , 周敏 , 杨阳 , 陈泉志 , 唐仕光 , 李伟洲

金属学报 doi:10.11900/0412.1961.2015.00385

对铌合金C103基体上真空蒸镀的Al膜进行阳极氧化处理获得阳极氧化铝(AAO)膜,利用电镀技术在AAO膜上制备Ni表层,通过高温处理研究元素通过AAO膜的扩散行为.结果表明:没有中间层的Ni/C103及以纯Al膜作为中间层的Ni/Al/C103样品,涂层和基体间的元素扩散严重;而以AAO膜为中间层的Ni/AAO/C 103样品,涂层和基体间的元素扩散受到明显抑制.经900℃热处理后,Ni/C103,Ni/Al/C103及Ni/AAO/C103样品其外层中Nb含量分别为7.05％,5.08％和3.55％;基体中的Ni含量分别为6.84％,3.62％和2.85％;AAO膜作为中间层有较强的元素扩散阻挡能力.在900℃退火后,Ni/C103和Ni/Al/C103样品表面均生成了NbNi3相,而Ni/AAO/C103样品并未出现Nb和Ni的反应生成物.通过Fick定律计算得知,900℃时Ni在AAO膜的扩散系数为3.28× 10-14m2/s,Nb为2.16×10-14m2/s;1000℃时Ni的扩散系数上升至1.03×10-13m2/s,Nb为3.58×10-14 m2/s.

关键词: 阳极氧化铝(AAO)膜 , 扩散阻挡层 , 多孔结构 , Fick定律 , 扩散系数

制备参数对ZL104合金微弧氧化膜性能的影响

马晓欣 , 陈泉志 , 管靖远 , 唐仕光 , 黄祖江 , 李伟洲

材料保护

为弄清制备参数对铸铝合金微弧氧化处理的影响,通过改变主盐Na2SiO3的浓度、微弧氧化处理过程中的频率和电压,在铸铝ZL104合金表面制备了微弧氧化陶瓷膜.利用扫描电镜(SEM)观察了氧化膜的表面形貌,通过X射线衍射仪分析了膜层的相结构,采有显微硬度计测试了试样的硬度,并对样品进行了热冲击和耐蚀性检测.结果表明:提高电解液主盐Na2SiO3浓度及电压参数,微弧氧化膜的厚度及硬度相应增加,抗热冲击能力提高.Na2SiO3为10 g/L、电压为400 V条件下生成的膜层最厚,达到了14.0 μm,此时硬度达到了最高值450 HV;而提高频率,膜层厚度由14.0 μm下降至3.0 μm,但耐蚀性提高,500 Hz下所制备的氧化膜耐蚀性最好.

关键词: 微弧氧化 , ZL104 , 微观结构 , 耐蚀性 , 热冲击性

TC4钛合金微弧氧化膜的高温曝露行为

陈泉志 , 唐仕光 , 李少波 , 黄祖江 , 李伟洲 , 曾建民

材料保护

为了对比研究不同主盐成分对TC4钛合金表面微弧氧化膜高温曝露行为的影响,以相同浓度的Na2SiO3 、Na3PO4、NaAlO2作为电解液主盐分别对TC4钛合金进行微弧氧化处理,对获得的陶瓷膜样品进行恒温氧化和热冲击试验,分析氧化及热震试验前后样品的物相、形貌、膜层厚度和元素成分.结果表明:陶瓷膜样品经过750℃/30 h恒温氧化试验后氧化增重符合抛物线规律,在Na3PO4溶液中形成的膜层有较好的抗氧化性,NaAlO2中的次之;经过100次650℃水冷至28℃的循环热震试验后,3种电解液中获得的氧化膜破坏程度不同,Na3PO4溶液中形成的氧化膜无剥落,NaAlO2 、Na2SiO3溶液中形成的氧化膜都出现剥落现象,其中以Na2SiO3溶液中形成的氧化膜剥落最严重;涂层的抗氧化性及抗热震能力与陶瓷层的表面形貌、厚度及相组成密切相关.

关键词: 微弧氧化 , 钛合金 , Na2SiO3 , Na3PO4 , NaAlO2 , 高温氧化 , 抗热震性

渗铝铌合金微弧氧化的电解液优化及膜层抗氧化性

李智 , 黄祖江 , 唐仕光 , 陈泉志 , 张修海 , 李伟洲

材料保护

为了提高铌合金的抗高温氧化性能,先对铌合金C103进行包埋渗铝处理,再进行微弧氧化(MAO)处理获得Al2O3陶瓷膜.对涂层的形貌、硬度、成分及高温氧化增重进行分析,通过单因素法优选了微弧氧化电解液配方.采用最佳电解液配方制备复合涂层(MAO/Al/C 103),并与仅经包埋渗铝制备的涂层(Al/C103)进行对比分析,研究了复合涂层的抗高温氧化性能.结果表明:根据MAO膜层的硬度和厚度,获得微弧氧化的最佳电解液配方为10.0 g/LNaAlO2+5.0 g/L NaOH+7.0 g/L Na2WO4+5.0 g/L NaF+2.5 g/L Na2EDTA;在1 100℃高温氧化下,MAO/Al/C103试样氧化10 h的增重为5.5 mg/cm2,小于Al/C103试样的9.4 mg/cm2,表现出更好的抗氧化性.

关键词: 微弧氧化 , 包埋渗铝 , 高温氧化 , 铌合金C103 , 复合涂层 , 抗氧化性

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