钛微弧氧化膜层在不同摩擦工况下的摩擦磨损行为研究

柴琛，汪华月，陈兆祥，李云玉，高珊

（燕山大学 a. 河北省自润滑关节轴承共性技术重点实验室;b. 机械工程学院，河北 秦皇岛 066004）

钛及其合金具有比强度高、导热系数低、耐疲劳、耐腐蚀等优点，在航空航天、舰船制造等领域有着广泛的应用[1-4]。然而钛及其合金的硬度较低、摩擦系数高、耐磨性差，作为机械传动部件时，容易与摩擦配副发生粘着磨损，这既会增加材料与能量的损耗，又会危害钛合金传动构件的安全性与可靠性[5]。因此，开发合适的表面改性技术来提高钛合金的摩擦学性能，是扩大其应用范围的关键[6]。目前，广泛应用于钛合金表面改性的手段有离子注入、电化学镀、气相沉积、激光熔覆和微弧氧化等，其中，微弧氧化（MAO）技术因工艺简单、绿色环保且膜层性能优异而备受青睐[7]。微弧氧化技术是将铝、镁、钛等轻金属置于特定的电解液中，通过在试件表面施加较高的电压，令其产生微弧放电，并发生等离子体反应和电化学反应，从而在试件表面原位生长出陶瓷膜层[8-9]。

微弧氧化膜层的摩擦学性能与其所处工况密切相关。首先，润滑环境是影响微弧氧化膜层摩擦学性能的重要因素。齐玉明等[6]研究发现，TC4 微弧氧化膜层在干摩擦工况下的稳定摩擦系数介于0.55～0.65，耐磨性良好。这是因为微弧氧化膜层主要由硬质耐磨相构成，但通常不含润滑相，所以摩擦系数较大。当改变润滑环境后，膜层的摩擦学性能将会发生明显变化。刘百幸等[10]研究表明，TC4 微弧氧化膜层在油润滑中的摩擦系数仅略高于0.1，膜层寿命极大提高。……