鈦合金涂覆mos2膜工藝研究

鈦合金涂覆mos2膜工藝研究

1在其他領(lǐng)域應(yīng)用易出現(xiàn)黏結(jié)和車輛車輛安裝的問(wèn)題鈦合金材料具有輕重、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、耐磁性和耐勞性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、航空航天等領(lǐng)域。但因鈦合金材料黏性較大,自身潤(rùn)滑效果較差,故在被加工成鈦合金工件后,特別是加工成鈦合金滑道和鈦合金螺釘,安裝時(shí)易出現(xiàn)黏結(jié)和咬死現(xiàn)象。為解決此問(wèn)題,筆者所在的研究所研制出一種鈦合金涂覆MoS2膜工藝,可提高鈦合金工件的潤(rùn)滑效果。2測(cè)試2.1試驗(yàn)材料試樣材料采用TB3鈦合金,試樣圖形尺寸如圖1所示,單位為mm。2.2腐蝕試驗(yàn)方法脈沖陽(yáng)極氧化采用WMY-IV型微機(jī)控制鈦合金氧化電源(北京航天708所機(jī)電測(cè)控中心生產(chǎn)),表面檢查采用CCM-230E型三目檢測(cè)顯微鏡(上海長(zhǎng)方光學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)),動(dòng)摩擦因數(shù)及耐磨性試驗(yàn)采用UMT-2型多功能摩擦機(jī)(美國(guó)CETR公司生產(chǎn)),耐機(jī)械沖擊試驗(yàn)采用GT-LQ-200型落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)(東莞高天試驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn)),耐腐蝕試驗(yàn)采用YW-150型鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱(無(wú)錫中科實(shí)驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn))。3結(jié)果與討論3.1表面活性劑的表面改性本工藝是通過(guò)脈沖陽(yáng)極氧化處理使鈦合金工件表面形成一層致密的氧化膜,其厚度為3~5μm。氧化膜在120倍顯微鏡下觀察,表面有孔隙(如圖2所示)。當(dāng)在其表面涂覆一層MoS2膜時(shí),由于毛細(xì)現(xiàn)象作用,部分MoS2會(huì)滲入氧化膜的孔隙中,從而增加了MoS2膜與鈦合金工件的接觸面積,增強(qiáng)了表面結(jié)合力;在范德華力的作用下,MoS2牢牢粘在鈦合金工件表面,形成一層潤(rùn)滑膜,提高了工件表面潤(rùn)的滑性。這種潤(rùn)滑稱為邊界潤(rùn)滑,此時(shí)潤(rùn)滑膜能夠?qū)⒐ぜ佑|面隔離,從而防止工件安裝時(shí)出現(xiàn)黏結(jié)和咬死現(xiàn)象。3.2脈沖陽(yáng)極氧化去離子水洗消固化交檢有機(jī)溶劑除油─堿洗─水洗─去離子水洗(或蒸餾水洗)─脈沖陽(yáng)極氧化─去離子水洗(或蒸餾水洗)─涂覆MoS2─室溫固化─高溫固化─交檢。脈沖陽(yáng)極氧化和涂覆MoS2之前,必須進(jìn)行去離子水洗或蒸餾水洗,以防止雜質(zhì)污染工件。3.2.1除油用機(jī)械溶劑鈦合金除油常用的有機(jī)溶劑有航空汽油、丙酮、乙醇等,工件洗滌后應(yīng)使用清潔的壓縮空氣吹干。3.2.2工件表面的自然氧化膜ti3o4因鈦合金在自然環(huán)境下極易與空氣中的氧發(fā)生氧化反應(yīng),生成一層自然氧化膜,其厚度為5~70?,是由青銅色TiO、白色TiO2、紫色Ti2O3和藍(lán)黑色Ti3O4的混合物組成(而脈沖陽(yáng)極氧化膜是藍(lán)黑色的Ti3O4),表面沒(méi)有孔隙(如圖3所示)。該氧化膜與鋁合金表面的自然氧化膜一樣,會(huì)降低工件的導(dǎo)電性能,若要提高脈沖陽(yáng)極氧化的質(zhì)量,必須在前處理將其去除。通常采用酸洗的方法清除,但鈦合金在酸性溶液中極易吸氫,生成化合物FeTiH2,從而造成工件氫含量增加,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成工件脆裂失效,故本工藝采用堿洗來(lái)去除工件表面的自然氧化膜。自然氧化膜在通常條件下不與堿發(fā)生反應(yīng),也不溶于堿溶液,但在含有亞硝酸鹽的堿溶液中,加熱沸騰后就可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)。因?yàn)殁伜辖鹪趬A溶液里不會(huì)吸氫,所以工件的氫含量不會(huì)增加。另外,堿溶液還有除油效果,可以使工藝流程減少一道化學(xué)除油工序。堿洗配方如下:3.2.3過(guò)放線時(shí)工件內(nèi)電流密度調(diào)整導(dǎo)致工件損傷脈沖陽(yáng)極氧化的工藝條件如下:鈦合金脈沖陽(yáng)極氧化處理時(shí),必須保證其電流密度在工藝要求范圍內(nèi),因?yàn)殡娏髅芏戎苯雨P(guān)系到工件的氧化質(zhì)量,過(guò)小會(huì)造成氧化膜層薄,不利于涂覆MoS2,過(guò)大會(huì)則造成工件燒傷,所以在進(jìn)行處理時(shí),要經(jīng)常調(diào)整電壓以達(dá)到工藝要求的電流密度。因一般脈沖電源顯示的是電流,而不是電流密度,所以在氧化前必須先算出工件的面積,從而將電流換算為電流密度。電流密度通過(guò)調(diào)整電壓的方法來(lái)控制。通常情況下,調(diào)電壓的方法是從零開(kāi)始逐漸增大,至電流密度接近工藝要求的上限值時(shí)停止調(diào)整,切不可超過(guò)上限值,以免燒傷。由于氧化膜生成時(shí)電阻增大,因此電流減小,從而電流密度減小;當(dāng)電流密度接近工藝要求下限值時(shí),必須增加電壓,使電流密度重新回到工藝要求的上限值,防止電流密度小于工藝要求。3.2.4噴涂法或稱溶劑法涂覆MoS2的配方如下:涂覆MoS2可采用噴涂和浸涂2種方法進(jìn)行。對(duì)于表面情況簡(jiǎn)單、以平面為主的工件,一般采用噴涂,如鈦合金滑道;對(duì)于表面情況復(fù)雜,以孔和螺紋為主的工件,一般采用浸涂,如鈦合金螺釘。3.2.5吹干、投放工件涂覆MoS2后,先用電吹風(fēng)將其吹干,然后在室溫下存放12h。室溫固化最好在專用的封閉式不銹鋼固化架上進(jìn)行,防止工件被污染,影響涂覆質(zhì)量。3.2.6阻燃熱固性樹(shù)脂將工件放入干燥箱內(nèi),加溫至200°C后,保溫12h,然后爐冷至室溫。因?yàn)橐话沭ず蟿┒己袑?duì)人體有害的揮發(fā)物質(zhì),為了環(huán)保,本工藝采用了熱固性樹(shù)脂收縮率最小的6101#環(huán)氧樹(shù)脂,其熱膨脹系數(shù)為6.0%~10.5%,其在200°C高溫下不會(huì)發(fā)生碳化現(xiàn)象;且黏合劑在200°C下會(huì)將有害揮發(fā)物排放出去,在常溫下使用不會(huì)對(duì)人體造成危害。另外,鈦合金的時(shí)效溫度一般在540°C左右,所以加熱至200°C對(duì)鈦合金基體組織也不會(huì)造成影響。3.3試驗(yàn)結(jié)果和分析本試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)QJ2523–1993《粘結(jié)MoS2膜技術(shù)條件》的要求進(jìn)行,主要通過(guò)對(duì)MoS2膜動(dòng)摩擦因數(shù)及耐磨性試驗(yàn)來(lái)考查其潤(rùn)滑效果及反復(fù)使用能力。為了對(duì)比,做了2組試驗(yàn):一組為鈦合金本體,結(jié)果如圖4a所示;另一組按本工藝涂覆了MoS2膜,膜厚8~12μm,結(jié)果如圖4b所示。由圖4a可以看出,鈦合金本體的動(dòng)摩擦因數(shù)在0.3以上,并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增大,這進(jìn)一步證明了鈦合金材料黏性較大,反復(fù)安裝時(shí)由于摩擦力增大而產(chǎn)生黏結(jié)和咬死現(xiàn)象。由圖4b可以看出,MoS2膜的動(dòng)摩擦因數(shù)基本在0.1左右,即使試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)由于速度不穩(wěn)定而造成的動(dòng)摩擦因數(shù)偏高,也沒(méi)有超過(guò)0.2,這說(shuō)明采用本工藝涂覆的MoS2膜具有較好的潤(rùn)滑效果。從圖4b還可以看出,試樣在滑動(dòng)了16000s左右,即滑動(dòng)106666r時(shí),動(dòng)摩擦因數(shù)突然增大,這表明此時(shí)MoS2膜開(kāi)始破損,從而說(shuō)明該膜層的耐磨壽命大于8000r/μm[以膜厚12μm計(jì)算,耐磨壽命為106666r/(12μm)=8888r/μm],進(jìn)而說(shuō)明該膜層有較強(qiáng)的耐磨性(一般要求膜層的耐磨壽命為每微米膜厚耐磨不小于250r),能夠滿足一般鈦合金工件反復(fù)使用的需要。3.4其他試驗(yàn)本研究還進(jìn)行了一些與涂覆有關(guān)的試驗(yàn),包括附著力試驗(yàn)、耐機(jī)械沖擊能力試驗(yàn)和耐腐蝕試驗(yàn),具體的試驗(yàn)結(jié)果與討論見(jiàn)表1。4耐腐蝕性膜層(1)采用本工藝處理的鈦合金工件,具有較好的潤(rùn)滑效果,能夠防止鈦合金工件安