基于配方均匀试验研究TC4钛合金表面磷酸盐系微弧氧化膜层的性能

摘要

[目的]基于配方均匀试验设计，研究磷酸盐体系微弧氧化（MAO）电解液中各组分配比对TC4钛合金表面MAO膜层微观结构、耐蚀性和耐磨性的影响，以得到较优的电解液配方。[方法]通过配方均匀设计确定10组不同Na₃PO₄、KF和NaOH质量浓度比的电解液，在TC4钛合金表面制备MAO膜层。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、电化学工作站及摩擦磨损试验机分析了膜层的形貌、物相组成、耐蚀性及摩擦学性能。[结果]电解液各组分配比对膜层性能影响显著。当Na₃PO₄、KF和NaOH的质量浓度比为0.03∶0.63∶0.34时，所得MAO膜层结构致密，富含金红石型TiO₂相，在酸性和中性介质中的耐蚀性良好，且耐磨性较优。在高载低频（载荷5 N，频率1 Hz）模式下MAO膜层虽磨损失效，但有效延缓了基体损伤；在低载高频（载荷0.5 N，频率10 Hz）模式下摩擦氧化层的形成使摩擦因数降至0.5，膜层未磨穿。[结论]通过配方均匀设计可优化微弧氧化电解液各组分配比，显著提升TC4钛合金表面MAO膜层的耐蚀性和耐磨性。采用较优配方所得MAO膜层在低载高频条件下表现出优良的减摩耐磨特性，适用于微动磨损服役环境。

关键词

钛合金 / 微弧氧化 / 配方均匀试验 / 磷酸盐 / 组织结构 / 耐蚀性 / 耐磨性