D01:10.133741.isml00103x.2009.04.009 第31卷第4期 北京科技大学学报 Vol.31 No.4 2009年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2009 电解液中Na2SO3加入量对T6A14V微弧氧化膜厚度 及表面形貌的影响 张雅萍刘向东)吕 凯山乌迪)南海) )内蒙古工业大学材料科学与工程学院，呼和浩特0100512)北京航空材料研究院.北京100095 摘要在不同N2SiO3含量的电解液体系下对T6A4V合金进行微弧氧化.采用SEM和AFM分析氧化膜表面形貌及粗 糙度，研究电解液中N2SO3含量对氧化膜厚度及表面形貌的影响.结果表明：随着电解液中N2SiO3质量浓度从12g°L1增 加到28g"L',临界正向起弧电压逐渐降低，微弧氧化膜的厚度由31m增加至88“m:氧化膜表面均匀分布着尺寸不等的微 孔，并且随着N2SiO3质量浓度的增加，微孔的数目增多，粗糙度增加.XRD分析显示氧化膜的相组成为锐钛矿以及金红石. 关键词Ti6A4V:微弧氧化：AFM;表面形貌：相组成 分类号TG174.4 Effect of NazSiO3 addition in the electrolyte on the thickness and surface micro- morphology of micro-arc oxidation coatings formed on Ti6Al4V ZHANG Ya-ping.LIU Xiang-dong.LV Kai.WU Di),NAN Hai2) 1)School of Materials Science and Engincering.Inner Mongolia Uriversity of Technobgy.Hohhot 010051.China 2)Beijing Institute of Aeronautical Materials,Beijing 100095.China ABSTRACT Coatings were obtained by micm-arc ox idation on the surface of a Ti6Al4V alloy in the electrolyte contained different contents of NaSiO3.The surface micromorphology and roughness of coatings were analyzed by SEM and AFM,and the effects of Na2SiO3 content on the thickness and surface micromorphology of coatings were inv estigated.The results show that the thickness of coatings increases from 31m to 88m and the critical arcing forward voltage decreases gradually when the mass concentration of NazSiO3 in the electroly te increases from 12g'L to 28g'L.There are many microholes with different sizes on the surface of coat- ings,and the amount of microholes and the roughness of coatings increase as the content of NaSiO3 in the electroly te increasing.It is found by X-ray diffraction analy sis that the coatings are composed of anatase and rutile. KEY WORDS Ti6AV:micro-arc oxidation A FM;surface micromorphology:phase component 钛合金由于其优异性能在许多尖端领域得到广 将工作区域引到高压放电区，在工件表面产生等离 泛应用.但它的摩擦系数大、耐磨性较差，在还原性 子微弧放电，利用微弧区瞬间的高温烧结作用，直接 酸中腐蚀较严重，与其他金属接触会产生很大的接 在金属及其合金表面原位生长陶瓷膜，这与陶瓷喷 触腐蚀，阻碍了钛合金应用范围的扩大， 涂等技术的出发点完全不同.微弧氧化制备的陶瓷 微弧氧化技术(microare oxidat ion,简称为 层既有较高的耐磨损抗腐蚀性，又使陶瓷层与基底 MA0)又称微等离子氧化，是一种在钛、镁和铝等有 的结合力得到改善.因此，使用微弧氧化技术对其 色金属表面原位生长陶瓷膜的表面处理新技 进行表面处理是提高钛合金性能，扩大其应用范围 术，该技术正日益成为国际研究的热点8.微 的重要途径之一.在微弧氧化过程中，电解液组成 弧氧化技术突破了传统氧化技术工作电压的限制， 是影响氧化膜特性的重要因素，而NSO3是微弧 收稿日期：200805-09 基金项目：内蒙古科技攻关资助项目(No.20040202) 作者简介：张雅萍(1970一），女，博士研究生：刘向东(1966一），男，教授.博士生导师，E-mail,liuxd66@126.com电解液中 Na2SiO3 加入量对 Ti6Al4V 微弧氧化膜厚度 及表面形貌的影响 张雅萍 1) 刘向东 1) 吕 凯 1) 乌 迪 1) 南 海 2) 1) 内蒙古工业大学材料科学与工程学院, 呼和浩特 010051 2) 北京航空材料研究院, 北京 100095 摘 要 在不同 Na2 SiO3 含量的电解液体系下对 Ti6Al4V 合金进行微弧氧化.采用 SEM 和 AFM 分析氧化膜表面形貌及粗 糙度, 研究电解液中 Na2SiO3 含量对氧化膜厚度及表面形貌的影响.结果表明:随着电解液中 Na2SiO3 质量浓度从 12 g·L -1增 加到 28 g·L -1 , 临界正向起弧电压逐渐降低, 微弧氧化膜的厚度由 31μm 增加至 88 μm ;氧化膜表面均匀分布着尺寸不等的微 孔, 并且随着 Na2SiO3 质量浓度的增加, 微孔的数目增多, 粗糙度增加.XRD 分析显示氧化膜的相组成为锐钛矿以及金红石. 关键词 Ti6Al4V ;微弧氧化;AFM ;表面形貌;相组成 分类号 TG174.4 Effect of Na2SiO3 addition in the electrolyte on the thickness and surface micro￾morphology of micro-arc oxidation coatings formed on Ti6Al4V ZHANG Ya-ping 1) , LIU Xiang-dong 1) , LV Kai 1) , WU Di 1) , NAN Hai 2) 1) School of Mat erials Science and Engineering, Inner Mongolia Uni versit y of Technology, Hohhot 010051, China 2) Beijing Institut e of Aeronautical Materials, Beijing 100095, China ABSTRACT Coatings were obtained by micro-arc ox idation on the surface of a Ti6Al4V alloy in the electrolyte contained different contents of Na2SiO3 .The surface micromorpholog y and roughness of coatings were analy zed by SEM and AFM, and the effects of Na2SiO3 co ntent on the thickness and surface micromorphology of coatings were inv estigated .The results show that the thickness of coatings increases from 31 μm to 88 μm and the critical arcing forward v oltage decreases g radually when the mass concentratio n of Na2SiO3 in the electroly te increases from 12g·L -1 to 28g·L -1.There are many microholes with different sizes on the surface of coat￾ings, and the amount of microholes and the roughness of coating sincrease as the content o f Na2 SiO3 in the electroly te increasing.It is found by X-ray diffraction analy sis that the coating s are composed of anatase and rutile. KEY WORDS Ti6Al4V ;micro-arc o xidatio n;AFM ;surface micromorphology ;phase component 收稿日期:2008-05-09 基金项目:内蒙古科技攻关资助项目( No .20040202) 作者简介:张雅萍( 1970—) , 女, 博士研究生;刘向东( 1966—) , 男, 教授, 博士生导师, E-mail:liuxd66@126.com 钛合金由于其优异性能在许多尖端领域得到广 泛应用, 但它的摩擦系数大 、耐磨性较差, 在还原性 酸中腐蚀较严重, 与其他金属接触会产生很大的接 触腐蚀, 阻碍了钛合金应用范围的扩大 . 微弧 氧 化 技 术 ( microarc oxidation, 简 称 为 M AO) 又称微等离子氧化, 是一种在钛、镁和铝等有 色金属表面 原位生长 陶瓷膜的 表面处理新 技 术[ 1-4] , 该技术正日益成为国际研究的热点[ 5-8] .微 弧氧化技术突破了传统氧化技术工作电压的限制, 将工作区域引到高压放电区, 在工件表面产生等离 子微弧放电, 利用微弧区瞬间的高温烧结作用, 直接 在金属及其合金表面原位生长陶瓷膜, 这与陶瓷喷 涂等技术的出发点完全不同 .微弧氧化制备的陶瓷 层既有较高的耐磨损抗腐蚀性, 又使陶瓷层与基底 的结合力得到改善 .因此, 使用微弧氧化技术对其 进行表面处理是提高钛合金性能, 扩大其应用范围 的重要途径之一 .在微弧氧化过程中, 电解液组成 是影响氧化膜特性的重要因素, 而 Na2SiO3 是微弧 第 31 卷 第 4 期 2009 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.4 Apr.2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.04.009