液相阴极微弧制备钛合金表面含MoS2陶瓷膜层的工艺性能研究(2)
科学家为了减少钛合金表面离子电解氧化涂层的摩擦系数已经付出了很多努力。例如双重路径法[15]，在离子电解氧化涂层上沉积一层低摩擦表面，已经为一些学者所考虑。尽管如此，这些方法在减小摩擦系数以及提高离子电解氧化涂层全面的摩擦特性方面确实是非常有效的，然而，在任何一种情形下，都是通过多重步骤以获得这样的涂层。此外，在低摩损表面层磨穿的情况下，这些涂层可能会失去其低摩损特性。一个可选择的获得具有低磨损性能离子电解氧化涂层的方法是通过在电解质中加入固体润滑介质从而将低磨损材料引入涂层。由于包含低磨损材料的离子电解氧化涂层仅仅由一步即可获得，因而在实际应用当中这种方法比双重路径法更为有效。此外，这种涂层预期将同时具有离子电解氧化涂层的抗磨损性能以及固体润滑介质的低磨损性能。然而到目前为止，少有学者对钛合金表面的这种涂层的制备与性能进行研究。 MoS2具有良好的低磨损性能并被广泛的用作固体润滑剂[10]。在目前的研究工作中，我们发明了一种通过单一步骤的离子电解氧化过程将MoS2微粒引入离子电解氧化涂层从而获得具有低磨损性能的离子电解氧化涂层，并对这种包含 MoS2的离子电解氧化涂层的成分、显微结构以及力学性能进行了研究。1.2 液相阴极微弧电沉积技术1.2.1 液相阴极微弧电沉积技术的简介本实验采用的液相阴极微弧电沉积法是结合了微弧放电技术和阴极电化学沉积技术[3]。微弧放电技术是液相等离子体表面处理技术中发展最为成熟和系统的，最初仅应用于铝、镁材料表面生成氧化物涂层，目前已在微弧氧化电源、电解液组成、与其他技术的复合及制备的涂层性能等方面有相关研究进行[4,5]。 普通电沉积是一种简单、经济的表面处理技术，但制备的薄膜与基体的结合力不高[8]。而阴极电化学沉积则是一种进年来产生的新型电化学沉积方法。科研工作者提出将液相中的金属离子等离子化从而加速其沉积过程的想法，并创造性地利用传统电沉积中极力避免的电解气泡来液态和等离子态之间巨大的能量级差。该技术通过电解液与电极界面处的电势突变产生高强度电场以击穿界面处的钝化膜和气体，使得表面处产生瞬间高温并发生复杂的化学和物理反应，从而在电极表面制备产生具有特定性能的渗透层[7]。在结构材料应用方面，可以通过该技术在镁合金、铝合金以及钛合金表面制备陶瓷层、可在钢铁材料表面进行快速碳氮共渗，进而提高这些材料的耐腐蚀性能和抗摩擦性能
而为在钛合金表面制备具有生物活性的陶瓷膜，可以选择含有钙、磷元素的电解液或是在电解液中添加羟基磷灰石粉末使得植入体与自然骨形成分子水平的化学键合。利用有机溶剂高压电解，可以制备类金刚石薄膜、氮化碳等高性能的材料。1.2.2 反应原理微弧放电技术又被称为等离子体电解氧化技术，是在传统的阳极氧化技术的基础上发展起来的新型技术[15]，源Z自-吹冰+文/论^文]网[www.chuibin.com当阳极上施加高压时，表面发生微弧放电，产生等离子体加速金属的氧化过程，形成高质量的氧化物涂层。阳极氧化技术目前仅能应用于有限的金属和合金。而微弧放电（氧化）技术是依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用在金属表面从而在原位生长一层陶瓷氧化膜，氧化过程中金属基体为阳极。如果钛及其合金表面有一层氧化保护膜就可以很好地阻止氧的扩散，这是由于氧在涂层中的扩散系数非常低。但利用微弧放电技术并不能在钛合金表面生成纯的氧化物薄膜。阴极微弧沉积技术以金属基体作为阴极，在一定电压下金属基体表面的预制膜或气膜发生击穿放电产生微弧。陶瓷层的组成可以通过调节电参数和电解液成分来改变，沉积物质来源于电解液[8,9]。普通电沉积是一种简单、经济的表面处理技术，但制备的薄膜与基体的结合力不高。液相阴极微弧电沉积结合了微弧放电技术以及阴极电化学沉积技术。利用电沉积技术制备薄膜可以不受基体金属的影响，在合金表面形成连续的氧化物薄膜。同时基体金属在膜层与基体界面处参与成膜过程，可使两者之间形成非常良好的结合[3]。