1、微等离子体氧化法阀金表面陶瓷化内燃机活塞,集成电路板,黑色吸光件n石油，天然气探伤件,密封圈,流量计组件n潜水水泵组件,能量装置系统组件1试样；2温度计；3搅拌器；4电解槽；5电源 1.两千瓦直流电源：电压0600V，电流04A；2.五千瓦脉冲电源：正相电压0600V，负相电压0500V，峰值电流04A，频率0250Hz，占空比145%，波头数最大为20；3.二十千瓦脉冲电源：正相电压0700V，负相电压0300V，峰值电流236A，频率15250Hz，占空比245%，波头数最大20；电解槽及辅助设施 自制20kW微等离子体氧化电源 带有陶瓷膜的钛合金棒材 带有陶瓷膜的环状钛合金试样 带有氧化
2、铝陶瓷膜的铝合金棒材 带有氧化铝陶瓷膜的复杂形状铝合金试样 陶瓷膜横截面上的压痕照片 陶瓷膜横截面上的硬度分布图，正负相电流比：a、1；b、0.5；c、3 02040608010040080012001600 (a)(b)(c)Microhardness (HK50g)Distance from the interface (m)-Substrate Coating substrate hardness-0.20.30.40.50306090120Time/minFrictionfactor 氧化铝陶瓷膜的摩擦系数 1204008001200160001020304050a Load/mNDi
3、splace/nm010020030040001020304050b Load/mNDisplace/nm陶瓷膜和铝合金的载荷-位移曲线 a)铝合金基体b)氧化铝-100102030405060010203040506070 Elestic recovery radio/%Distance from the interface/m氧化铝陶瓷膜横截面弹性恢复率的变化趋势 020406080100100150200250300 Elastic modulus/GPaDistance from the interface/m氧化铝陶瓷膜和基体的弹性模量 30040050060070080001234
4、5 dL/L0103Temperature/氧化铝陶瓷膜的热膨胀 不同温度下氧化铝膜的热膨胀系数 温度 400 500 600 700 800 热膨胀系数 106K-1 5.519 7.048 7.584 8.471 9.206 拉伸试样的表面形貌 a)b)拉伸试样的表面形貌 a)二次拉伸的试样 b)抛光后拉伸表面形貌 a)b)电流密度对耐热冲击性能影响电流密度/Adm-2循环次数现象 4.03角部膜层脱落 6.05角部膜层脱落 8.06角部膜层脱落 10.08角部膜层脱落LY12铝合金微等离子体氧化处理后带有氧化铝陶瓷膜试样的拉伸性能试样编号 膜厚度 m 抗拉强度b/MPa 伸长率/%断面收
5、缩率/%O 0 199.2 16.8 22 A 100 172.6 5.9 13 B 40 189 15 13.1 C 50 187.5 14.8 13 D 60 185 15 13 Tafel曲线数据处理结果 试样在3.5%NaCl溶液中的Tafel曲线 a)氧化铝；b)莫来石；c)空白试样-11-10-9-8-7-6-5-0.8-0.6-0.4-0.20.00.2cba Potential/VCurrent density/A/dm2 试样 腐蚀电势Ecorr/V 腐蚀电流Jcorr/A/dm2 空白-0.483 230.1 氧化铝陶瓷膜 0.067 8.22510-4 莫来石陶瓷膜-0.
6、444 1.79910-2 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 (1)实现了复杂形状零件表面均匀涂覆陶瓷膜的技术。(2)研制出同时适用于铝、铝合金用微等离子体氧化电源设备，并建立了供电、进料、搅拌、电解液的循环、冷却等一系列的配套设施。(3)解决了铝合金表面陶瓷膜结合强度、线膨胀系数等测试方面的难题。(4)失重实验耐腐蚀表明，在2%的盐酸溶液中比基体提高三倍以上；在0.1mol/lNaOH溶液中比基体提高几十倍。b a h 陶瓷膜 Ti-6Al-4V 0153045607590105120010203040506070abh厚 度/m氧 化 时 间/mi
7、n 钛合金微等离子体氧化过程中h,a,b的生长曲线 样品在微等离子体氧化处理后外形尺寸变化示意图-20020406080200300400500600700800 120min 180min 240min_硬 度/Kg m m-2距离/m 不同处理时间对陶瓷膜硬度的影响.02040608010040080012001600 (a)(b)(c)Microhardness (HK50g)Distance from the interface (m)-Substrate Coating substrate hardness-陶瓷膜截面努氏硬度的分布陶瓷膜截面努氏硬度的分布(a)仅含仅含TiO2、Al
8、2TiO5相的膜层相的膜层,(b、c)含含-Al2O3相的膜层相的膜层:(b)Ic/Ia=2,(c)Ic/Ia=1/3.A nalyst Project.xls H ardness vs D isplacem ent Into Surface05101520250500100015002000Displacem ent Into Surface(nm)Hardness(GPa)4.xls H ardnes s16MPa。Ic/Ia 陶瓷膜的陶瓷膜的 厚度厚度(m)(m)剥离面积剥离面积(mm(mm2 2)断裂载荷断裂载荷（N N）175-7835499.01385-90110294.3 265
9、-6750807.9 热震 将试样在1000摄氏度炉温中保温一分钟取出水冷，由膜层不脱落可循环次数评价其结合强度。(a)未经抛光膜层 (b)抛光后膜约45m 经落球冲击试验后膜层表面形貌 落球冲击试验按国标GB 7990-87 自制而成，落球高度固定为一米、落球为直径30mm的GCr15钢材质01233006009001200 black-0hred-2hblue-3hMPaTC4TC4合金薄板基体在合金薄板基体在MAOMAO处理前后应力形变曲线处理前后应力形变曲线0.00.51.01.52.003006009001200black-0hred -1.5hblue -2.5h MPa TC4T
10、C4合金圆棒基体在合金圆棒基体在MAOMAO处理前后应力形变曲线处理前后应力形变曲线 反应前组织反应前组织 反应反应2h2h后组织后组织(1000)1000)(6000)6000)反应前组织反应前组织 反应反应2h2h后组织后组织 Corrosion Current Density（A/cm2）C o r r o s i o n potential(V)Ti-6Al-4V substrate 9.98010-7-0.507The coated sample7.23410-70.270时 间（min）腐蚀电流密度（A/cm2）腐蚀电电位（V）402.66010-5-0.378 602.3 2 9
11、 10-5-0.402902.22010-5-0.329 1202.0 7 8 10-5-0.266 I a/I c(A/dm2)腐蚀电流密度（A/cm2）腐蚀电电位（V）8/87.23410-70.2708/107.45410-70.34810/85.22210-70.340 Mean corrosion rate（g/m2h）Without coating With coating21.6%HCl0.63330.122125%H2SO40.54580.100030%HNO30.00460.094601020304050010200.00.20.40.60.81.01.2Time(hour)
12、(a)Current(A)(b)-without coating-with coating 不同电解液体系所得TiO2膜表面原子力像a)磷酸盐体系 b)硫酸体系制备TiO2膜及其光催化性能评价 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学制备TiO2膜及其光催化性能评价不同体系所得TiO2膜对罗丹明B的去除率 酸碱体系所得膜层比较 020406080100120140160180200020406080100（N a3PO4+Na2B4O7）体系 H2SO4体系 Removal(%)Time(min)哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大
13、学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学硫酸铁掺杂对罗丹明B去除率的影响0153045607590105 120 135 150020406080100 bare 0.1g/L 0.2g/L 0.4g/L 0.6g/LRemoval(%)Time(min)金属离子的掺杂哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学硫酸铁掺杂所得膜层表面粗糙度截面图a)bare;b)0.1g/L;c)0.2g/L;d)0.4g/LRoughness(nm)Distance(nm)Roughness(nm)Distance(nm)Roughness(nm)Distance(nm)Rou
14、ghness(nm)Distance(nm)金属离子的掺杂哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学硝酸铕掺杂对罗丹明B去除率的影响020406080100120140160020406080100 bare 0.025g/L 0.05g/L 0.1g/L 0.2g/LRemoval(%)CEu3+(g/L)金属离子的掺杂哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学硝酸铕掺杂所得膜的原子力像a)bare;b)0.025g/L;c)0.05g/L;d)0.1g/L金属离子的掺杂哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业
15、大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学不同掺杂对TiO2膜层结构和光催化性能影响金属离子的掺杂哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学不同实验条件下的表观一级反应速率常数哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学 vH2SO4电解液浓度为0.5mol/L、电压为160V、电流密度为1000A/m2和反应时间为10min时，得到多孔和以锐钛矿型为主晶相的TiO2膜，对罗丹明B光催化降解效果好，60min时去除率达90%。vH2SO4体系中掺杂少量的Fe2(SO4)3、Na2SiO3、La(NO3)3和E
16、u(NO3)3有利于TiO2膜光催化活性提高。其中0.1g/L的Eu(NO3)3单独掺杂，以及0.2g/L的Fe2(SO4)3和0.5g/L的Na2SiO3的复合掺杂所得TiO2膜15min对罗丹明B的去除率均可达90%。v通过TiO2膜的光催化降解反应动力学研究，发现微等离子体氧化法所得TiO2膜对罗丹明B的光催化降解符合Langmuir-Hinshlwood表观一级动力学方程，对罗丹明B的光催化降解表观一级速率常数比未掺杂提高4倍。n带有镀层的金属钛试样的生物附生特性带有镀层的金属钛试样的生物附生特性 镀层的化学元素成分镀层的化学元素成分 附生物重量附生物重量g/cm2 附生物覆盖面积附生
17、物覆盖面积%n磷磷 1530 80100n磷、铝磷、铝 985 7090n磷、硼磷、硼 60 550n铝、硼、硫铝、硼、硫 111 1030n钙、磷、锑钙、磷、锑 16.8 510n钙、磷、铝钙、磷、铝 0 0陶瓷膜截面陶瓷膜截面EPMA分析，分析，(a)直流直流(b)单向脉冲单向脉冲(c)双向脉冲双向脉冲（左）背散射像（左）背散射像（中）钙、磷（中）钙、磷(上上)线扫描线扫描（右）钛、铝（右）钛、铝(下下)线扫描线扫描 1.1.研制出同时适用于钛、钛合金用微等离子体氧化电研制出同时适用于钛、钛合金用微等离子体氧化电源设备，并建立了供电、进料、搅拌、电解液的循源设备，并建立了供电、进料、搅拌、
18、电解液的循环、冷却等一系列的配套设施。环、冷却等一系列的配套设施。2.2.解决了钛合金表面厚陶瓷膜的制备，实现了复杂形解决了钛合金表面厚陶瓷膜的制备，实现了复杂形状零件表面均匀涂覆陶瓷膜的技术。状零件表面均匀涂覆陶瓷膜的技术。3.3.钛合金表面陶瓷膜最高硬度钛合金表面陶瓷膜最高硬度20GPa20GPa（纳米压痕方（纳米压痕方法），结合强度最大为法），结合强度最大为16MPa 16MPa，与氮化硅对磨的磨，与氮化硅对磨的磨损量几乎为零，最低摩擦系数为损量几乎为零，最低摩擦系数为0.10.1。4.4.在还原性介质中的耐腐蚀性比基体明显提高，大幅在还原性介质中的耐腐蚀性比基体明显提高，大幅度降低了与铜、铝合金的接触腐蚀。度降低了与铜、铝合金的接触腐蚀。复合掺杂所得复合掺杂所得TiO2TiO2光催化膜，光催化膜，15min15min对罗丹明对罗丹明B B的去的去除率均可达除率均可达90%90%。
