液相阴极等离子体制备钛合金表面含Ca-P复合膜层的组织和性能(2)
3.4钛合金表面含Ca-P复合膜层的工艺优化21
4结论23
致谢 24
参考文献25
图 表
图2.1 电流电压特性曲线8
图3.1 2000倍率下复合膜层的表面形貌（a：250V b：300V）11
图3.2 A1的XRD物相分析谱线图12
图3.3 A2的XRD成分分析谱线图12
图3.4 A3的XRD成分分析谱线图12
图3.5 C1 Ca-P复合膜层谱线图13
图3.6 C3 Ca-P复合膜层谱线图14
图3.7 A2 Ca-P复合膜层金相截面形貌及能谱图14
图3.8 A2 Ca-P复合膜层金相截面形貌及能谱图15
图3.9 不同脉冲电压下的极化曲线16
图3.10 D1（300V，10min）表面形貌-20000倍16
图3.11 C3（300V，20min）表面形貌-10000倍17
图3.12 D2（300V，30min）表面形貌-10000倍17
图3.13 D1（300V，10min）Ca-P复合膜层XRD图18
图3.14 C3（300V，20min）Ca-P复合膜层XRD图18
图3.15 D2（300V，30min）Ca-P复合膜层XRD图18
图3.16 不同处理时长下的极化曲线20
表3.1 脉冲电源条件下的工艺表 10
表3.2 C1 Ca-P复合膜层膜层的成分分析12
表3.3 C3 Ca-P复合膜层膜层的成分分析13
表3.4 A1钙磷复合膜层的成分分析19
表3.5 B2钙磷复合膜层的成分分析20
1 绪论
1.1 钛及钛合金
1.1.1 钛及其合金的概述
钛是地壳里面仅次于铝、铁、镁的四大元素之一。自第二次世界大战以来，越来越多国家发现钛合金这一优质的材料，并开始研究钛合金且应用于国防工业中，因此钛合金应用迅速涌入市场，并成为成为航空、航天等高技术领域不可或缺的关键材料，并在舰船、兵器、石油、化工、能源、生物医药等领域得到越来越多的应用，被誉为“崛起的第三金属”。目前已经研制出数百种钛合金，常见的有二十多种[1][2]，如：Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-6246、Ti-6-22-22、IMI834等。
由于钛及其合金强大的耐蚀性、较高的比强度以及良好的生物相容性等，它们在工业领域备受瞩目。但其普遍存在的耐磨性差、硬度低、耐还原性介质腐蚀性能差等缺点使他们在应用中被绊住了脚步。为了更好地发挥钛合金的优势，强化它们的弱势，我们需要对它们进行表面处理。根据表面强化概念，在钛合金表面复合一层Ti（C，N）类硬质化的化合物膜层就可以大大改善其性能，其中具有高硬度和低摩擦系数的TiC、TiN和Ti(CxN1-x)成为首选。钛合金的表面处理工艺有很多种，如物理沉积法、电化学法以及化学法等。文中在研究钛合金表面改性的工艺、成分、组织、结构，以及电压和时间的影响规律的基础上，重点研究钛合金表面处理之后的组织和性能。
1.1.2 钛合金分类
钛有两种同素异构体：当T≤882.5℃时，是α钛（密排吹冰方晶格hcp）；当T≥882.5℃时，是β钛（体心立方晶格bbc）。T=882.5℃时，发生α→β相变，α钛的点阵常数（20℃）是a=0.295nm，c=0.4683nm，c/a=1.587，β钛的点阵常数是a=0.3282nm（20℃）或a=0.4683nm（900℃）。
按组织可分为三类：α型、β型、α+β型钛合金。三类钛合金各有各的特点：
（1）α型钛合金。α型钛合金中含有α稳定元素以及铝、锡、锆等中性元素。室温下退火组织状态基本稳定的由α单相固溶体或α固溶体和微量的金属间化合物构成。这类合金高温下稳定、耐热且焊接性能优良。但是常温下塑性差、强度低。我国α型钛合金的牌号为TA，比如TA4-TA8。