钛合金复合阳极氧化膜层生长机制研究

The processes of titanium anodization have some problems, such as hydrogen brittleness、involving fluorine and etc.,recently. Anodizied composite films are grown on titanium alloys in the solution of tartrate with adding PTFE or SiC nano particales by using pulse galvanostatic power supply. Different factors (particle size of nanoparticles, the concentration of nanoparticles, the types of nanoparticles, the parameters of pulse power supply and oxidation time, etc.) are discussed. Further, the structure, conpostion, organization and performace of anodizied composite films on titanium alloys are studied. The appearance, expansion and repair process of micro-cracks on the surface of anodizied composite films are analysised. In order to acquire a reasonable growth mechanism, the evolution of the anodizied composite films on titanium alloys is studied at different stages of the process. The affection of nanoparticles in the process of anodization and the combination of the bond energy model of nanoparticles with other components of the oxide films is also discussed. A good scientific basis for the study of the composite anodic oxidation is established.

目前钛合金阳极氧化存在含F、易造成氢脆、氧化膜性能不够完善等缺点。为解决以上问题，本项目以钛合金为研究对象，采用不含F的酒石酸盐中性阳极氧化槽液，并添加PTFE、SiC等纳米颗粒以提高氧化膜性能，采用脉冲阳极氧化电源，进行复合阳极氧化研究。探讨不同影响因素（纳米颗粒粒径、纳米颗粒浓度、纳米颗粒种类、电源参数、氧化时间等）下钛合金复合阳极氧化膜的结构、组织、成分以及性能，分析不同阳极氧化阶段钛合金氧化膜表面微裂纹的产生、扩展以及修复过程，探讨复合阳极氧化不同阶段过程中的氧化膜的演变过程，提出合理的生长机制，获得纳米颗粒在复合阳极氧化过程中的作用机理以及纳米颗粒与氧化膜中其它成分的结合键能模型，为复合阳极氧化的研究、应用奠定良好的科学基础。

钛合金以其良好的性能应用越来越广泛,但是钛合金不耐磨等缺点也严重制约了钛合金的应用。因此需要对其进行表面处理，提高其使用功能，而阳极氧化是一种广泛应用的表面处理手段。.目前钛合金传统阳极氧化工艺含有氢氟酸等有毒物质，氧化膜的性能不够完善。同时普通阳极氧化逐渐满足不了日益增强的性能要求，这种情况下，复合阳极氧化技术开始出现。.因此本项目选取PTFE、SiC等纳米材料，研发环保型复合阳极氧化工艺，探究不同影响因素下氧化膜的结构与性能变化，分析复合阳极氧化膜层形成和生长过程，研究纳米颗粒对于钛合金复合阳极氧化过程的作用机理，探讨复合阳极氧化膜层结构的生长机理。本项目得到的重要结果和关键数据有：.1、.不同工艺参数对于复合阳极氧化膜结构、性能的影响，确定了最优复合阳极氧化工艺参数；.2、.复合阳极氧化不同时间阶段氧化膜成分、结构、性能的变化；.3、明确了复合阳极氧化膜层生长机制。给出了阳极发生的化学反应，建立了复合膜层生长机制模型；.4、探讨了不同纳米颗粒对复合氧化膜的微观结构的影响规律，明确了纳米颗粒对复合氧化膜层的作用机制，并进一步研究了纳米颗粒对复合阳极氧化膜耐磨及耐蚀性能的影响机制；.本项目的成功实施确定了钛合金复合阳极氧化最优工艺，明确了影响复合阳极氧化膜层性能的主要因素，明确了纳米粉体在复合阳极氧化过程中的作用机理，提出了钛合金复合阳极氧化成膜的生长机理，为复合阳极氧化技术的进一步发展提供了理论基础，具有重要的理论意义和工程应用价值。