一种具有网纹结构的钛基耐磨涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及热电化学氧化技术领域，具体的，本发明涉及一种具有储油网纹的钛基耐磨涂层的制备方法。

背景技术

热电化学氧化是近几年国内外发展较快的一种新的表面处理技术，它是在阳极氧化基础上发展起来的，采用较高的工作电压，将电压的工作区域由普通的阳极氧化法的法拉第区域，引入到高压放电区域，利用弧光放电增强并激活，使阳极上发生的反应，在一定电流密度下，致使在工件表面出现电晕、辉光、微弧放电、甚至火花斑，在阀金属表面原位形成一层致密的陶瓷膜，这种陶瓷膜与基体属冶金结合，结合强度好，硬度高，具有很好的耐磨、耐腐蚀、耐高压绝缘和抗高温冲击等特性，可以数倍乃至数十倍的提高工件的使用寿命。

现有的陶瓷层一般分为两层，一层为靠近基体金属的致密层，一层是在致密层外部的疏松多孔层，现有的打磨方式是将疏松多孔层打磨掉，将致密层作为工作的耐磨的工作界面，随后在使用时，在耐磨的工作界面进行刻槽，形成环形的纹理凹槽，以用于储存润滑油，在耐磨的工作界面来回摩擦时，储存的润滑油会对耐磨界面起到润滑作用，该方式操作复杂，耗时比较长。

发明内容

本发明的目的在于，本发明提供一种具有网纹结构的钛基耐磨涂层的方法，使钛材料表面进行镀膜，镀膜的过程为在双镀池体系并采用双向脉冲电源进行循环镀膜，从而形成致密层带有网纹状的结构的镀膜，而采用普通的热电化学氧化的镀膜的致密层为不规则的形态，带有网纹状的结构的致密层的硬度为使用单一镀膜方式后打磨至相同厚度的致密层的0.5-1倍，同时，打磨至致密层出现网纹状的结构，明亮处的网纹结构硬度大于灰暗区域的硬度，在耐磨界面工作一段时间后，灰暗区域会磨合更快一点从而形成凹坑结构，而硬度相对高的明亮处则不容易磨损，故而整体形成储油网纹结构，形成的凹坑结构容易储存润滑油，操作简单，耗时较短。

本申请人在此基础上完成本申请。

本发明的目的是提供一种具有网纹结构的钛基耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：

Step1，将含钛材料的工件切削成型；

Step2，将成型后的工件浸入相应的电解液中，采用双镀池体系以及双向脉冲电源进行循环镀膜，使得其镀膜膜层形成致密层带有网纹状的结构的镀膜；

Step3，打磨镀膜膜层，直至出现带有网纹状的结构的镀膜结束打磨，该带有网纹状的结构的镀膜作为工作层，即耐磨界面层。

进一步的，在Step1中，所述含钛材料包括：纯钛或者钛合金。

更进一步的，在Step1中，含钛材料为TC4钛合金。

进一步的，在Step1中，现有的含钛材料的工件是一整块的工件，故而需要将其切削成型材，例如：板材或者条形。

进一步的，在Step2中，将成型后的工件完全浸没至相应的电解液中。

进一步的，在Step2中，还包括如下步骤：在双镀池体系内分别放置一块同样的成型后的工件，两块成型后的工件通过导线连接，双镀池体系连接双向脉冲电源，形成循环镀膜，使得在镀膜的工件相互交替成为阳极和阴极，使得在镀膜的工件能够间隙性的不连续的镀膜。

更为具体的，采用双镀池体系，双镀池体系包括两个独立的圆筒形电极，圆筒形电极中具有电解液，每个圆筒形电极连接一个独立的电解液循环系统，两个圆筒形电极中各放置一块同样的成型后的工件，两块成型后的工件通过导线连接，两个圆筒形电极再分别接双向脉冲电源，使得在镀膜的工件相互交替成为阳极和阴极，具体的，当在镀膜的工件作为阳极时，进行热电化学氧化反应，当在镀膜的工件作为阴极时，停止热电化学氧化反应，使得在镀膜的工件能够间隙性的不连续的镀膜。

而普通的热电化学镀膜的形式为：采用脉冲电源为双向脉冲电源，在单一镀池体系内，阳极与所述成型后的工件连接，阴极与惰性导体电极连接，构成回路，使得其形成镀膜，其中惰性导体电极为不锈钢。

进一步的，在Step2中，双向脉冲电源的脉冲频率为50～1000Hz，电流密度为10～30A/dm2，占空比20～80％，施加时间为5～90分钟。

更进一步的，在Step2中，双向脉冲电源的脉冲频率为500～1000Hz，占空比60～80％，施加时间为30～60分钟。

进一步的，在Step2中，所述电解液包括但不限于：磷酸钠10～30g/L或者六偏磷酸钠10～20g/L。

更进一步的，在Step2中，所述电解液为磷酸钠20～30g/L或者六偏磷酸钠10～15g/L。

更进一步的，在Step2中，所述电解液为磷酸钠或者25g/L六偏磷酸钠15g/L。

进一步的，在Step2中，电解液的温度范围是20～40℃。

进一步的，在Step3中，耐磨界面层的厚度占整个镀膜的膜层厚度的30％-60％，由于疏松层的厚度较薄，致密层的厚度较厚。

更进一步的，在Step3中，整个镀膜的膜层厚度为50～80um，耐磨界面层的厚度为25～40um。

本发明有益效果：本发明提供一种具有网纹结构的钛基耐磨涂层的制备方法，使钛材料表面进行镀膜，镀膜的过程为在双镀池体系并采用双向脉冲电源进行循环镀膜，从而形成致密层带有网纹状的结构的镀膜，而采用普通的热电化学氧化的镀膜的致密层为不规则的形态，带有网纹状的结构的致密层的硬度为使用单一镀膜方式后打磨至相同厚度的致密层的0.5-1倍，同时，打磨至致密层出现网纹状的结构，明亮处的网纹结构硬度大于灰暗区域的硬度，在耐磨界面工作一段时间后，灰暗区域会磨合更快一点从而形成凹坑结构，而硬度相对高的明亮处则不容易磨损，故而整体形成储油网纹结构，形成的凹坑结构容易储存润滑油，操作简单，耗时较短。

附图说明

结合以下附图一起阅读时，将会更加充分地描述本申请内容的上述和其他特征。可以理解，这些附图仅描绘了本申请内容的若干实施方式，因此不应认为是对本申请内容范围的限定。通过采用附图，本申请内容将会得到更加明确和详细地说明。

图1为本申请实施例1的钛合金表面的致密层的SEM图。

图2为本申请实施例2的钛合金表面的致密层的SEM图。

具体实施方式

描述以下实施例以辅助对本申请的理解，实施例不是也不应当以任何方式解释为限制本申请的保护范围。

实施例1：

将钛合金的工件切削成型，例如：板材或者条形，将成型后的工件完全浸没至相应的电解液中，所述电解液包括但不限于：磷酸钠20g/L或者六偏磷酸钠15g/L，电解液的温度范围是30℃，采用脉冲电源为双向脉冲电源，双向脉冲电源的脉冲频率为500Hz，电流密度为20A/dm2，占空比60％，施加时间为20分钟、40分钟、60分钟，在单一镀池体系内，阳极与所述成型后的工件连接，阴极与惰性导体电极连接，构成回路，使得其形成镀膜，其中惰性导体电极为不锈钢；打磨镀膜膜层，直至与带有网纹状的结构的镀膜厚度相同，该厚度的镀膜作为工作层，即耐磨界面层，耐磨界面层的厚度占整个镀膜的膜层厚度的40％-50％。

将上述得到的耐磨界面层，采用QuantaFEG 450场发射环境扫描电子显微镜(荷兰飞利浦公司)，对试样的涂层表面的形貌进行观察，得到图1的SEM图。从图1中可以看出，普通的热电化学氧化的镀膜的致密层打磨后为不规则的形态。

同时，将上述得到的耐磨界面层，采用MHVS-1000显微维氏硬度计(莱州华煜众信试验仪器有限公司)，对试样的涂层的硬度进行检测，得到表1的数据。

表1：普通耐磨界面层的硬度检测数据

实施例2：

将钛合金的工件切削成型，例如：板材或者条形，将成型后的工件完全浸没至相应的电解液中，所述电解液包括但不限于：磷酸钠20g/L或者六偏磷酸钠15g/L，电解液的温度范围是30℃，采用脉冲电源为双向脉冲电源，双向脉冲电源的脉冲频率为500Hz，电流密度为20A/dm2，占空比60％，施加时间为20分钟、40分钟、60分钟，采用双镀池体系，双镀池体系包括两个独立的圆筒形电极，圆筒形电极中具有电解液，每个圆筒形电极连接一个独立的电解液循环系统，两个圆筒形电极中各放置一块同样的成型后的工件，两块成型后的工件通过导线连接，两个圆筒形电极再分别接双向脉冲电源，使得在镀膜的工件相互交替成为阳极和阴极，具体的，当在镀膜的工件作为阳极时，进行热电化学氧化反应，当在镀膜的工件作为阴极时，停止热电化学氧化反应，使得在镀膜的工件能够间隙性的不连续的镀膜；打磨镀膜膜层，直至出现带有网纹状的结构的镀膜厚度，该打磨的镀膜作为工作层，即耐磨界面层，耐磨界面层的厚度占整个镀膜的膜层厚度的40％-50％。

将上述得到的耐磨界面层，采用QuantaFEG 450场发射环境扫描电子显微镜(荷兰飞利浦公司)，对试样的涂层表面的形貌进行观察，得到图2的SEM图。从图2中可以看出，致密层打磨后带有网纹状结构。

同时，将上述得到的带有网纹状的耐磨界面层，采用MHVS-1000显微维氏硬度计(莱州华煜众信试验仪器有限公司)，对试样的涂层的硬度进行检测，得到表2的数据。从表2可以看出，相对于表1，带有网纹状的结构的致密层的硬度为使用单一镀膜方式后打磨至相同厚度的致密层的0.5-1倍。

表2：带有网纹结构耐磨涂层的表面硬度检测数据

尽管本申请已公开了多个方面和实施方式，但是其它方面和实施方式对本领域技术人员而言将是显而易见的，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。本申请公开的多个方面和实施方式仅用于举例说明，其并非旨在限制本申请，本申请的实际保护范围以权利要求为准。