一种钛合金表面高耐磨复合陶瓷涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钛合金表面高耐磨复合陶瓷涂层及其制备方法。高耐磨复合陶瓷涂层是以高韧性的TC4钛合金作为基体材料，TiO2‑Al2O3作为陶瓷涂层的主要成分相，高熔点高硬度的Cr2O3‑SiC相作为弥散增强相所组成的高耐磨复合陶瓷层。本发明专利技术通过一步法在钛合金表面成功制备了上述陶瓷，所制备的微弧氧化耐磨陶瓷膜致密度高，硬度高(HV超过900)，耐磨损性能优异。

A Composite Ceramic Coating with High Wear Resistance on Titanium Alloy Surface and Its Preparation Method

The invention discloses a composite ceramic coating with high wear resistance on the surface of titanium alloy and a preparation method thereof. High wear resistance composite ceramic coating is composed of TC4 titanium alloy with high toughness as matrix material, titanium dioxide Al2O3 as main component phase of ceramic coating and Cr2O3 SiC phase with high melting point and high hardness as dispersion reinforcement phase. The ceramic is successfully prepared on the surface of titanium alloy by one-step method. The prepared micro-arc oxidation wear-resistant ceramic film has high density, high hardness (HV over 900), and excellent wear resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金表面高耐磨复合陶瓷涂层及其制备方法
本专利技术涉及钛合金表面处理
，具体涉及到一种钛合金表面高耐磨复合陶瓷涂层及其制备方法。
技术介绍
钛合金作为轻质金属结构材料，因为其比强度高，耐腐蚀性能优越，被广泛应用在汽车缸体和航空航天领域。但是钛合金硬度低，表面耐磨性能差，在使用中容易产生钛火现象，这严重限制了其进一步应用。于是弥补钛合金这些缺陷并赋予其新性能的表面处理技术应用而生。有学者采用化学镀、热喷涂、阳极氧化和激光涂覆等方法来提高钛合金表面硬度，进而改善其耐磨性，但这些方法制备的涂层性能不够好，存在涂层薄，易脱落，耐磨性差的缺点。微弧氧化是一种新兴的表面处理技术，其特点是能在钛合金表面原位生长一层陶瓷膜，该陶瓷膜厚度均匀，硬度高，耐磨性好。有学者将Al2O3、SiO2和金刚石等颗粒引入微弧氧化膜中，能制备比单一金属膜层硬度更高，耐磨性能更好的复合膜层。SiC作为一种耐磨材料，硬度高(莫氏硬度9.5，仅次于金刚石)，具有高承载和良好的润滑性能。Cr2O3作为常用的耐磨耐火材料，性质稳定，在高温和腐蚀性气体环境下极稳定。将SiC和Cr2O3纳米颗粒引入微弧氧化陶瓷膜中，可有效改善微弧氧化膜的耐磨性能。专利CN108004581A采用微弧氧化的方法在镁合金表面制备了黑色耐磨陶瓷层，该膜层摩擦系数低，均匀不褪色。但是其维氏硬度在553-605之间，硬度不够高。专利CN107460520A采用微弧氧化的方法在钛合金表面制备了一层陶瓷膜，表面光滑，粗糙度小。但其微弧氧化膜成分单一，没有高硬度的耐磨颗粒，耐磨性不够好。
技术实现思路
本专利技术针对钛合金表面硬度低，耐磨性能差的缺点，提出了一种钛合金表面高耐磨复合陶瓷涂层及其制备方法。实现本专利技术目的提供技术方案如下：一种钛合金表面TiO2-Al2O3-Cr2O3-SiC高耐磨复合陶瓷涂层及其制备方法。所述的复合陶瓷涂层包括钛合金基体，TiO2-Al2O3复合陶瓷涂层为主要耐磨陶瓷相，Cr2O3-SiC的复合陶瓷为辅助弥散强化陶瓷相。具体步骤如下：步骤1：砂纸打磨钛合金片并进行抛光处理，在去离子水和酒精环境下，超声清洗表面油污碎屑步骤2：配置铝酸钠-磷酸钠体系的电解液，调节PH。步骤3：在步骤2中配制好的电解液中加入纳米尺度的SiC粉末和Cr2O3粉末，机械搅拌30min，然后在加入加入酒精和分散剂搅拌20min，最后再超声分散20min，获得所需要的电解液。步骤4：将步骤1得到的钛合金片，放入步骤3制得的电解液中，进行微弧氧化处理。优选地，步骤2中，铝酸钠质量浓度为12g/L,磷酸钠质量浓度为1.6g/L，NaOH的含量在1～3g/L。优选地，步骤3中SiC粉末质量浓度为1～3g/L，Cr2O3粉末质量浓度为1～3g/L，分散剂采用阴离子型表面活性剂，其质量浓度为0.01g/L。优选地，步骤4中等离子体电解氧化参数为电压500～600V，频率为400Hz，氧化时间为10～20min，电解液温度为15～25℃。本专利技术相对于现有技术相比具有显著优点：1、本专利技术的制备方法创造性的加入Cr2O3-SiC颗粒，进一步改进了微弧氧化膜的耐磨性能；2、本专利技术的制备方法的工艺简单，成本低廉，环境污染小，生产效率高；微弧氧化膜层致密度高，与基体结合性能好，磨损状态稳定。附图说明图1为本专利技术方法制备的钛合金表面高耐磨复合陶瓷涂层SEM图。图2为制得的高耐磨复合陶瓷涂层的硬度图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详述。实施例1(1)对钛合金片材进行打磨和抛光处理，使其Ra＜0.6，然后用去离子水和酒精依次超声处理20min去除表面油污。(2)配制铝酸钠-磷酸钠基电解液，铝酸钠12g/L，磷酸钠1.6g/L，氢氧化钠1g/L。机械搅拌30min。(3)称取2g/L的纳米SiC和2/L的纳米Cr2O3，加入(2)配置的电解液中，加入0.01g/L的阴离子分散剂，并加入100ml无水乙醇。机械搅拌20min后，再超声分散20min。(4)将(1)处理好的钛合金片放入(3)步骤4中等离子体电解氧化参数为电压500V，频率为400Hz，氧化时间为15min，电解液温度为15～25℃。图1为在此实施例1条件下，本专利技术方法制备的钛合金表面新型TiO2-Al2O3-Cr2O3-SiC高耐磨复合陶瓷涂层SEM图。从图中可以看出涂层致密度高且均匀。图2为在此实施例1条件下，本专利技术的复合涂层的硬度HV超过900。硬度有了很大的提升。实施例2(1)对钛合金片材进行打磨和抛光处理，使其Ra＜0.6，然后用去离子水和酒精依次超声处理20min去除表面油污。(2)配制铝酸钠-磷酸钠基电解液，铝酸钠12g/L，磷酸钠1.6g/L，氢氧化钠1g/L。机械搅拌30min。(3)称取1g/L的纳米SiC和3/L的纳米Cr2O3，加入(2)配置的电解液中，加入0.01g/L的阴离子分散剂，并加入100ml无水乙醇。机械搅拌20min后，再超声分散20min。(4)将(1)处理好的钛合金片放入(3)步骤4中等离子体电解氧化参数为电压550V，频率为400Hz，氧化时间为10min，电解液温度为15～25℃。实施例3(1)对钛合金片材进行打磨和抛光处理，使其Ra＜0.6，然后用去离子水和酒精依次超声处理20min去除表面油污。(2)配制铝酸钠-磷酸钠基电解液，铝酸钠12g/L，磷酸钠1.6g/L，氢氧化钠1g/L。机械搅拌30min。(3)称取3g/L的纳米SiC和1/L的纳米Cr2O3，加入(2)配置的电解液中，加入0.01g/L的阴离子分散剂，并加入100ml无水乙醇。机械搅拌20min后，再超声分散20min。(4)将(1)处理好的钛合金片放入(3)步骤4中等离子体电解氧化参数为电压600V，频率为400Hz，氧化时间为20min，电解液温度为15～25℃。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛合金表面高耐磨复合陶瓷涂层，其特征在于，所述的复合陶瓷涂层是由高韧性的钛合金作为基体，TiO2‑Al2O3复合陶瓷涂层为主要耐磨陶瓷相，Cr2O3‑SiC的复合陶瓷为辅助弥散强化陶瓷相所组成的复合陶瓷涂层。

【技术特征摘要】
1.一种钛合金表面高耐磨复合陶瓷涂层，其特征在于，所述的复合陶瓷涂层是由高韧性的钛合金作为基体，TiO2-Al2O3复合陶瓷涂层为主要耐磨陶瓷相，Cr2O3-SiC的复合陶瓷为辅助弥散强化陶瓷相所组成的复合陶瓷涂层。2.一种钛合金表面高耐磨复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，该涂层由以下具体步骤制得：步骤1：砂纸打磨钛合金片并进行抛光处理，在去离子水和酒精环境下，超声清洗表面油污碎屑；步骤2：配置铝酸钠-磷酸钠体系的电解液，加入氢氧化钠调节PH；步骤3：在步骤2中配制好的电解液中加入纳米尺度的SiC粉末和Cr2O3粉末，机械搅拌30min，然后在加入酒精和分散剂搅拌20min，最后再超声分散20min，获...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊党生，熊潇雅，周亭飞，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32