● 摘要
复合阳极氧化是钛合金表面强化处理的一种新型方法，对于扩大钛合金的应用范围具有重要的作用与意义。本文以TC4钛合金为研究对象，全面研究电解液中未添加和添加SiC纳米颗粒的普通阳极氧化工艺及复合阳极氧化工艺，对氧化膜的微观形貌、成分、组织结构及性能进行了分析，并探讨了复合阳极氧化膜的成膜机制。
采用正交实验的方法全面研究不同工艺参数（电解液浓度、电流密度、氧化时间、频率、占空比、温度）对TC4钛合金阳极氧化的影响，得到了TC4钛合金阳极氧化膜的最佳制备工艺参数。采用扫描电子显微镜（SEM）及其附带的能谱仪（EDS），X射线光电子能谱（XPS），及塔菲尔极化曲线测试分析了最佳工艺参数下制备的阳极氧化膜的形貌、成分及耐蚀性。结果表明：阳极氧化膜是由无数类似花瓣状“鼓包”形状的凸起连在一起形成的，“鼓包”在长大过程中裂开形成微裂纹。阳极氧化后钛合金氧化膜的厚度为10~15µm。膜层的主要成分是TiO2, 可能含有少量的低价钛的氧化物。阳极氧化后的钛合金与未阳极氧化的钛合金相比，自腐蚀电位Ecorr正移, 自腐蚀电流密度icorr变小。这说明阳极氧化后的钛合金的耐蚀性比未阳极氧化的钛合金的耐蚀性更为优越。
采用扫描电子显微镜（SEM）、激光拉曼光谱仪及动电位极化曲线测试分析了电源频率变化对钛合金阳极氧化膜的形貌、成分、结构及耐蚀性的影响。结果表明：随着频率的提高，膜层表面呈现蘑菇状的鼓包和微裂纹形貌变得越来越明显；氧化膜的厚度均随着频率的升高而增加，当频率超过2Hz时,膜层随着频率的增加变得越来越疏松；频率越高，成膜电压越高，而氧化膜中含有的二氧化钛晶体（锐钛矿和金红石）更多；而且当频率为2Hz时，氧化膜的自腐蚀电位最正且自腐蚀电流密度最小；因此，能够获得结构良好、耐蚀性优良的膜层的最佳频率为2Hz。
借助扫描电子显微镜（SEM）分析膜层的表面形貌，探讨了表面活性剂的种类和用量对复合膜层表面的SiC含量的影响。综合考虑阳极氧化过程中的各个影响因素，设计了综合SiC浓度、电流密度、氧化时间、温度的四因素正交试验，确定了复合阳极氧化膜的最佳制备工艺参数。采用扫描电子显微镜（SEM）及其附带的能谱仪（EDS），X射线光电子能谱（XPS），摩擦磨损试验、电化学阻抗谱、极化曲线等测试技术对复合膜层的形貌、成分、耐磨性以及耐蚀性进行了表征。结果表明： SiC颗粒不仅富集在膜层表面的孔穴，缝隙及裂纹处，也会嵌入到膜层中，并与其形成了不可分割的一部分。 在相同的摩擦条件下，普通膜层的磨损严重, 磨道中犁沟很多并清晰可见，而复合膜层只是表面出现了平行于磨球滑动方向的轻微犁沟, 磨痕宽度也较小；通过计算，复合膜层的磨损速率要比普通膜层的磨损速率降低了七分之一。复合膜层的耐蚀性比普通膜层稍微提高。
纳米SiC 颗粒复合阳极氧化膜的复合机制主要是由于纳米颗粒表面被表面活性剂（SDS）修饰了的原因。分散性较好的纳米颗粒表面由于带有负电荷, 在阳极氧化过程中, 在电场力和搅拌的作用下, 能够向阳极样品运动, 到达钛合金表面。同时，由于疏松层氧化膜具有很强的吸附作用，因此SiC颗粒主要通过机械夹杂、吸附等形式进入膜层, 形成了SiC纳米颗粒增强的TiO2膜组织结构。
因此，SiC/TiO2复合膜层可以在含有SiC颗粒的酒石酸钠电解液中成功制备，并且具有良好的耐磨性和耐蚀性能。