一種磷酸電解質溶液中陽極氧化表面處理提高tc4鈦合金阻尼性能的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于鐵合金表面處理技術領域，尤其設及一種通過陽極氧化表面處理提高 TC4鐵合金阻尼性能的技術。
【背景技術】
[0002] 振動和噪聲運兩個伴隨飛速發展的現代工業而來的問題愈來愈引起人們和科學 研究者的關注。由于它們的存在，機器零件運行的可靠性、穩定性得不到保障，影響人類的 生活質量和健康。振動和噪聲由工業發展帶來，卻在一定程度和范圍內限制了工業的進步 和發展，尤其是在一些高技術領域，例如航空、航天W及航海等。研究表明，振動和噪聲問題 是Ξ分之二的火箭衛星生效故障的源頭。飛機才長時間的服役過程中，有些對飛機飛行可 靠性和壽命產生影響的問題：方向艙和機尾罩的裂紋萌生，空速管斷裂和機艙噪音大等問 題經常是由于振動原因造成的。軍用潛艇在工作過程中的振動和噪音問題的存在，不僅影 響自身導航的穩定系，而且容易使自己被敵人發現。噪聲已經作為一種環境污染，對人身體 的健康有很多不利的影響。噪聲可能會引起人體大腦神經中樞和植物性神經的某些平衡或 功能素亂。因此振動和噪音的控制已經成為各行各業急需解決的一個重要的問題。
[0003] 鐵及鐵合金因其密度小，強度高，耐腐蝕性能好，耐熱性能高，，在航空航天、石油 化工、造船、汽車，醫藥等部口都得到成功的應用，目前TC4鐵合金是應用最廣泛的鐵合金。 在航空航天領域中TC4在飛機的發動機的風扇、壓氣機盤W及其葉片的制造中均有廣泛的 使用，整個飛機艙體結構中極為關鍵的載重部件比如艙體機身的橫梁、框架W及艙體中的 接頭等等均離不開TC4的使用，因此TC4的性能是和整個飛機在行駛過程中的安全是息息 相關的。
[0004] TC4是一種兩相合金，因此其阻尼機制應該為復相型的阻尼機制，即樣品在載荷作 用下發生振動變形時，基體α相由于強度高產生彈性變形，彌散相β相強度相對較低則產 生塑性變形從而導致能量的耗散，從而產生阻尼效應。但由于在振動中β相強度雖然比α 相相對低，但其強度實際上也是較高的，因此振動時無論是α相還是β相，兩者的變形都 不明顯，對能量的耗散是較少，因此TC4具有鐵合金普遍存在的阻尼性能較低的缺點，當機 械構件受到外界的激勵將產生振動和噪聲，寬頻帶隨機激勵會引起結構的多振動峰效應， 會造成電子器件儀器零件等失效失靈，因此在航空航天等等領域均存在著大大小小的由噪 音W及振動所帶來的問題，由衛星火箭等的失效事件數據來看，其中因為振動所帶來的失 效已達到了 60%，比如很多飛機中常見的問題飛機尾罩裂紋萌生、機艙噪音等等，作為在航 天航空中普遍使用的合金材料，如果其阻尼性能過低是不能滿足日益嚴重的振動噪音問題 的，因此TC4鐵合金阻尼性能過低可能會直接造成飛機由于振動所產生的失事，通過各種 改性手段改善TC4阻尼性能是非常有意義的。
【發明內容】
陽0化]本發明的目的是利用陽極氧化技術快速形成Τ在TC4鐵合金表面成膜，通過改性 手段改善TC4阻尼性能。
[0006] 本發明的目的是通過如下的手段實現的：
[0007] 一種快速成膜陽極氧化表面處理提高TC4鐵合金的阻尼性能的方法，通過對TC4 鐵合金的表面處理提高其阻尼性能，采用0. 3mol/L的憐酸溶液和330g/L肥S04+60g/ LHCl+15g/LNH4F溶液作為電解質溶液，氧化時間100-300S，在TC4鐵合金表面快速形成氧 化膜。
[0008] 本發明方法通過陽極氧化技術在TC4合金表面形成一層厚度在納米或微米數量 級的薄膜，由于氧化膜與基體是屬于不同的材料，故兩者的各種性能也是不相同的，氧化膜 的減振來源可能主要分為W下幾個方面：在鐵合金表面形成的氧化膜內，存在晶體類型的 鐵的氧化物。氧化物晶粒尺寸一般都要小于1個微米，甚至是納米尺寸的。由于晶體和非 晶界面在應力作用下的相互作用，導致材料的內耗增加；由于TC4中A1和V等元素的存在， 在陽極氧化過程中，也會形成其對應的氧化物。其在應力作用下，與鐵的結晶態和非晶態氧 化物的相互作用，也是材料內耗值增加的原因；在鐵的陽極氧化薄膜最外側的二氧化鐵層 和基體之間存在鐵的次價氧化物過渡層。由于不同物質的彈性模量的不同，在應力作用下， 必將產生不同的應變應答，相互作用，從而造成材料的內耗增加。將表面處理后的TC4合金 與未處理的TC4合金的阻尼性能進行對比，TC4合金的阻尼系數為0. 0034,通過陽極氧化表 面處理技術可W有效地提高其阻尼系數，合理的陽極氧化工藝可W使TC4合金的阻尼性能 提高5倍W上。
【附圖說明】
[0009] 圖1是氧化時間為100秒的TC4合金阻尼因子。
[0010] 圖2是氧化時間為200秒的TC4合金阻尼因子。 W11] 圖3是氧化時間為300秒的TC4合金阻尼因子。
【具體實施方式】
[0012] 本發明的制備方法包括如下步驟：
[0013] (1)材料選用TC4鐵合金棒材料作為原始材料，TC4鐵合金棒的化學成分如表1所 /J、-〇
[0014] 表1TC4化學成分
[0015]
[0016] TC4鐵合金試樣經陽極氧化工藝之后在其表面形成一層氧化物膜層。其主要的電 化學反應為Ti一Ti2+-Ti3+-Ti〇2。在不同的陽極氧化工藝下，試樣表面形成厚度不同的 氧化膜。膜表面反射光和氧化膜/金屬基體界面反射光發生干設形成不同的色彩。在快速 成膜的陽極氧化工藝中，0.3mol/L的H3P04電解液中，作為變量的是陽極氧化時間，最后所 有試樣基本都是紫色的，只是隨著陽極氧化時間的延長，紫色在不斷加深；在緩慢成膜的陽 極氧化工藝中，雖然控制的是實驗過程的電流，但是不同的電流下陽極氧化所能達到的最 大電壓是不同的，所W不同的試樣也獲得了不同的顏色。
[0017]過程中采用JN-1葛式扭擺儀測試表征阻尼性能。試樣經線切割加工長寬高為 1.5mmxl. 5mmx60mm的正方形截面的合金絲，進行阻尼性能的測試，主要變量為應變振幅， 測定內耗與應變振幅之間的關系，阻尼結果用品質因子的倒數Q1來表征。 陽01引 實施例1 :
[0019]TC4鐵合金試樣在0. 3mol/L的冊P04溶液中進行陽極氧化，氧化時間為100秒，測 試其阻尼性能如圖1，其阻尼因子是未進行陽極氧化處理的TC4合金的4倍。
[0020] 實施例2 :
[0021]TC4鐵合金試樣在0. 3mol/L的冊P04溶液中中進行陽極氧化，氧化時間為200秒， 測試其阻尼性能如圖2,其阻尼因子是未進行陽極氧化處理的TC4合金的5. 5倍。 陽02引 實施例3 :
[0023] TC4鐵合金試樣在0.3mol/L的冊P04溶液中中進行陽極氧化，氧化時間為300秒， 測試其阻尼性能如圖3,其阻尼因子是未進行陽極氧化處理的TC4合金的3倍。
【主權項】
1. 一種快速成膜陽極氧化表面處理提高TC4鈦合金的阻尼性能的方法，通過對TC4鈦 合金的表面處理提高其阻尼性能，其特征在于，采用〇.3mol/L的磷酸溶液作為電解質溶 液，氧化時間100-300s，在TC4鈦合金表面快速形成氧化膜。2. 如權利要求1所述的通過陽極氧化表面處理提高TC4鈦合金的阻尼性能的技術，其 特征在于：采用0. 3mol/L的磷酸溶液作為電解質溶液，氧化時間200s，在TC4鈦合金表面 形成氧化膜。3. 如權利要求1所述的通過陽極氧化表面處理提高TC4鈦合金的阻尼性能的技術，其 特征在于：采用0. 3mol/L的磷酸溶液作為電解質溶液，氧化時間300s，在TC4鈦合金表面 氧化膜。
【專利摘要】本發明公開了一種快速成膜陽極氧化表面處理提高TC4鈦合金的阻尼性能的方法，通過對TC4鈦合金的表面處理提高其阻尼性能。采用0.3mol/L的磷酸溶液作為電解質溶液，氧化時間100-300s，在TC4鈦合金表面快速形成氧化膜。本發明方法表面處理后的TC4合金與未處理的TC4合金的阻尼性能進行對比，TC4合金的阻尼系數為0.0034，通過陽極氧化表面處理技術有效地提高TC4鈦合金的阻尼系數，合理的陽極氧化工藝可以使TC4合金的阻尼性能提高5倍以上。
【IPC分類】C25D11/26
【公開號】CN105256357
【申請號】CN201510782973
【發明人】劉紅梅, 胥永剛, 陳輝, 劉艷, 茍國慶, 王峰陽, 陳宇, 高天學
【申請人】西南交通大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月13日