题目：钛合金复合阳极氧化膜层生长机制研究

    复合阳极氧化是钛合金表面处理的一种新型技术，对于扩大钛合金的应用范围有重要的意义。本文以典型的航空TC4钛合金为主要研究对象，以酒石酸钠作为电解液的主盐，以次氯酸钠溶液，SIC和PTFE纳米颗粒作为电解液添加物进行阳极氧化实验。系统的研究了次氯酸钠溶液对阳极氧化膜的形貌、相组成、厚度、性能的影响及其机制。同时还深入研究了添加SiC纳米颗粒和PTFE纳米颗粒的复合阳极氧化技术的最优工艺以及纳米颗粒对氧化膜形貌、成分和性能的影响机制。探讨了复合阳极氧化过程中阳极发生的化学反应以及膜层生长机制，建立了复合膜层生长机制模型。

    采用点滴实验和耐磨测试确定次氯酸钠溶液最优添加量为0.5ml/L。采用扫描电镜（SEM）及附带的能谱仪（EDS），拉曼光谱（Raman），动电位极化测试和耐磨测试等测试手段系统研究了次氯酸钠溶液对氧化膜形貌、成分、相组成和性能的影响及其机制。实验结果表明酒石酸钠电解液体系中制备的氧化膜膜层表面呈现花瓣状突起形貌，膜层主要由锐钛矿和金红石型二氧化钛构成。研究发现次氯酸钠溶液极大地增加了氧化膜的生长速度，提高了氧化膜的耐蚀和耐磨性能，在阳极氧化过程，次氯酸根离子还参与阳极上发生的反应。

    以SiC纳米颗粒和PTFE乳液作为电解液添加物进行复合阳极氧化。通过正交实验全面研究了不同参数（纳米颗粒浓度，氧化时间，电流密度，氧化温度）对膜层形貌和性能的影响，确定了最优工艺参数。采用扫描电镜（SEM）及附带的能谱仪（EDS），X射线衍射（XRD），动电位极化测试和耐磨测试系统分析了SiC和PTFE纳米颗粒对氧化膜形貌、结构、成分、相组成和性能的影响。实验结果表明，复合氧化膜相对于普通氧化膜耐蚀性能和耐磨性能都有较大提高。研究发现SIC和PTFE纳米颗粒团聚附着在膜层表面裂纹、空洞处，部分嵌入膜层内部，可以在氧化膜表层形成富集层。在腐蚀过程中富集层可以起到阻挡层的作用；在耐磨过程中SiC纳米颗粒富集层起到滚动润滑作用，PTFE纳米颗粒富集层能够与膜层磨屑粘结形成润滑层。同时两种纳米颗粒在提高氧化膜耐蚀性能和耐磨性能方面具有良好的交互作用，因此SiC/PTFE复合氧化膜能够避免两者的缺点，结合二者的优点，进一步提高膜层性能。实验结果表明，同时添加两种纳米颗粒制备的SiC/PTFE复合氧化膜与普通氧化膜相比摩擦系数，磨损量和自腐蚀电流分别降低了80%，50%和70%。

     采用扫描电镜（SEM）及附带的能谱仪（EDS），拉曼光谱（Raman），原子力显微镜深入探讨了复合阳极氧化过程中，随着氧化时间增加氧化膜表面形貌、结构、相组成的变化。根据实验结果和分析，明确了复合阳极氧化膜层生长机制。复合氧化膜生长过程主要可以分为三个阶段。第一阶段生成薄的致密的阻挡层；第二阶段疏松层开始生长，在晶界和活性点处，由于膜层生长速度较快，氧化膜相互挤压，膜层表面产生少量花瓣状突起，纳米颗粒开始附着在裂缝处。第三阶段是疏松层稳定生长阶段，突起的数量和体积持续增加，最终突起覆盖整个膜层表面，纳米颗粒在膜层表面不断变化过程中附着在裂缝或者进入膜层内部，最终在氧化膜表层区域形成富集层。同时还基于分析给出了复合阳极氧化过程中阳极上可能发生的化学反应，建立了复合膜层生长机制模型。