航空用钛合金阳极氧化工艺研究

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为了适应钛及其合金在航空新产品中被广泛应用的发展趋势,防止和减轻钛合金与其它金属材料接触时所产生的接触腐蚀倾向,提高钛合金的抗蚀能力及其表面性能,本文选择了TC4、TB6、Ti-47121三种钛合金材料,采用了阳极氧化的表面改性处理方法,研究确定了钛合金阳极氧化工艺及参数,并分析各工艺控制参数对成膜的影响;其次,以TB6钛合金材料为研究对象,通过盐雾腐蚀试验方法,对所选定的阳极氧化工艺配方及条件下生产的试样进行了抗接触腐蚀效果验证、对比实验;另外,初步探讨了钛合金阳极氧化过程的理论依据和氧化膜的组成与结构。 阳极氧化的工艺实验结果表明:经过筛选确定的中性磷酸铵钠盐电解液配方,在优化的工艺参数及控制条件下,所获得的钛合金表面氧化膜层与其基体金属有良好的结合力,均匀、致密,具有较好的完整性和性能;该工艺稳定性和操作可靠性好,能满足钛合金表面阳极氧化改性处理与工程化生产应用的要求;此外,采用中性盐配方能够克服酸性配方易使零件过腐蚀、氢脆的倾向。阳极氧化工艺条件对氧化膜的厚度(颜色)、质量及特性起着非常重要的作用。通过实验可知,在同一配方条件下,各工艺控制参数对成膜的影响程度不同,而关键的工艺参数是电压,其对膜层的影响最大,并且氧化膜的颜色(厚度)随着电压呈规律性变化,膜的颜色与膜层厚度有一一对应关系,可依据膜层颜色及变化作为控制钛合金阳极氧化工艺过程的手段。 选择以中性磷酸铵钠盐电解液配方工艺条件下进行阳极化处理的TB6(Ti-1023)钛合金材料试样(氧化膜为孔雀蓝色)与不同表面状态、不同牌号的合金钢和铝合金材料进行接触腐蚀对比实验。结果表明:阳极化Ti-1023钛合金与阳极化铝合金、磷化+涂灰漆合金钢之间几乎不发生接触腐蚀现象,这就为航空工程实际应用中钛合金与常用的铝合金、结构钢零件接触时会产生的严重接触腐蚀问题的解决提供了一个很好的方法和途径。在优化的阳极氧化工艺条件下,所获得的钛合金表面氧化膜具有优异的抗腐蚀性能,能有效地降低和消除与其它金属材料之间的接触腐蚀,阳极化钛合金可作为飞机结构设计及选材所用的连接材料。 通过接触腐蚀实验,对本课题所研究确定的钛合金阳极氧化工艺配方及工艺参数给予了有效性验证和评定。结果表明:所研究确定的钛合金阳极氧化工艺是行之有效的,能够克服钛合金的某些缺陷并赋予它新的性能,为航空工程化应用奠定了良好的基础。钛合金材料经过阳极化处理后,通过有关的试验表明,所获得得的氧化膜层改变了其表面的组成与结构,改变了材料表面的光洁度,使得钛合金耐腐蚀性得到提高。说明了金属材料的耐腐蚀性能与材料的表面成分和表面光洁度这两个因素密切相关,也证实了金属及其合金的抗腐蚀(氧化)性能一般主要取决于金属表面氧化膜的结构和特性的理论。
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