CN103103597A - 一种钛合金自润滑复合膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种钛合金自润滑复合膜及其制备方法。所述的自润滑复合膜由陶瓷氧化膜与环氧树脂基复合材料涂层组成，并且陶瓷氧化膜制备在钛合金试样的表面，环氧树脂基复合材料涂层制备在陶瓷氧化膜的表面。本发明通过微弧氧化和反复涂覆的方法，在工件表面制备复合膜。得到的钛合金自润滑减摩耐磨复合膜不仅摩擦系数大大降低，表现出优异的润滑性能，物理机械性能良好，而且操作方便、设备简单、适合工业化大规模生产。

Description

一种钛合金自润滑复合膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及钛合金减摩耐磨技术领域，特别涉及到一种钛合金自润滑复合膜及其制备方法。

背景技术

钛合金材料因其密度低，质量轻，比强度高，抗腐蚀性、耐热性及非磁性优良，低温韧性及抗疲劳性良好等优点，被誉为“崛起的第三金属”，已广泛应用于航空、航天、造船、发电、汽车、化工、冶金、医疗、生物及体育等领域。由于钛合金硬度低、表面摩擦系数大、耐磨性较差从而导致粘性较大，自身润滑效果差等缺点的存在，使得钛合金工件在安装时容易产生黏结和咬死现象，使得钛合金的应用受到了一定的限制。

随着钛合金在越来越多行业中的广泛应用，对它的要求也越来越高。但是钛合金材料在自然条件下形成的氧化膜达不到实际应用需要。为了增强钛合金对环境的适应性，特别是减少摩擦，提高耐磨性，延长使用寿命，目前国内外已经发展了多种表面处理工艺，目的是提高钛合金表面的耐摩擦抗磨损性能，如：阳极氧化、PVD/CVD、离子注入法、溶胶-凝胶、激光脉冲沉积、热喷涂及热氧化法、电陶瓷与微弧氧化、气相沉积涂层、离子注入法、复合处理涂层及梯度涂层等方法。但以上钛合金表面处理技术在航空领域的应用中存在一些负面效应，不能适应发展高性能长寿命结构材料的技术要求。主要问题有：电陶瓷有氢脆隐患、热喷涂易产生表面过热、阳极氧化后表面层韧性降低、激光氮化处理易引起表面粗糙并有微裂纹出现、离子注入层浅约0.1um，寿命短等，因此，这里我们采用一种新兴的表面处理技术-等离子体微弧氧化技术对钛合金材料表面进行陶瓷化处理，能有效地改善钛合金在苛刻使用环境中的耐磨、耐蚀和抗高温氧化性能。该技术工艺简单、处理效率高、对环境污染小，具有很高的应用推广价值，对航空和航天的发展有着重要的战略意义。

微弧氧化又称微等离子体氧化或阳极火花沉积，是近年来发展起来的一种表面原位生长陶瓷层的新技术，是当今阳极氧化技术的多样化，也是双阶段氧化、脉冲阳极氧化等发展、应用的结果。它是在Al、Ti、Mg等有色金属(也称阀金属)表面用等离子体化学和电化学原理产生微区弧光放电现象，突破传统阳极氧化技术工作电压的限制，把阳极氧化的电压由几十伏提高列几百伏、由小电流发展到大电流．由直流发展到交流，使样品表面出观电晕、辉光、微弧放电、火花斑等现象，从而对氧化层进行微等离子体的高温高压处理，使非晶结构的氧化层发生了相和结构的变化，利用微弧区瞬间高温烧结作用直接在基体表面原位生长陶瓷层，从而提高其表面性能。该技术具有生产效率高、工艺环保经济、陶瓷层同基体结合强度高，且涂层厚度可控等优点；此外，微弧氧化技术还可以对一些形状复杂的工件(如圆筒、圆锥、球形及其它不规则形状)内表面进行处理，解决了PVD／CVD、离子注入等传统方法的技术难题，受到了各国研究者的青睐。

从报道的文献来看，对于钛合金微弧氧化的研究只是起步阶段，还处在探索制备简单功能膜以及探讨膜厚度、硬度、减摩耐磨性等基本性质的阶段，没有大量应用。对于微弧氧化复合膜技术的研究就更少，尤其是在减摩耐磨性能的复合膜方面，相关文献报道甚少，但其它方法应用于减摩耐磨性复合膜的研究较多。前苏联的Otkrytiya于1982年取得钛合金硬质阳极氧化共生沉积聚四氟乙烯固体润滑剂的专利，其特点是采用了氧乙烯烷基酚非离子表面活性剂为乳化分散剂，它同时又是聚四氟乙烯微粒的载体。工艺包括采用一种阴离子氟表面活性剂，通过其在聚四氟乙烯微粒上的定向吸附，增强聚四氟乙烯微粒的阳极电泳倾向，从而提高其在阳极工件上的共沉积效率。这种技术也可用于微弧氧化陶瓷膜，从而提高膜的耐磨、润滑性能。在航空领域中应用较多的润滑剂以二硫化钼为代表，在许多工业化应用中，二硫化钼/Ti多层复合膜表现出优异的机械性能和摩擦性能。另外，Cu-Ni-In和Ti/二硫化钼涂层在滑动摩擦过程中，都具有良好的自润滑性能，可以减少Ti基合金微动损伤的破坏。

微弧氧化膜具有多孔效应，在摩擦过程中产生的磨屑对膜起到自润滑作用，可以有效的减小膜的摩擦系数，达到提高膜耐磨的效果。但疏松层与致密层双层的结构以及表面多孔的特点会降低膜的耐腐蚀性和耐磨性，因此在实际应用中，钛合金微弧氧化陶瓷层还是未能满足使用要求。

为了达到实际使用要求，利用微弧氧化技术和固体润滑技术在钛合金表面涂覆一层具有优异减摩性能的二硫化钼自润滑颗粒来制备复合膜，可有效提高复合膜的减摩性能。目前，国内外在制备二硫化钼复合膜的研究多数集中在机械、溅射以及气相沉积这几种方法上。气相沉积法虽然可以制各出紧实、均匀且具有良好机械性能的二硫化钼膜，但是这种方法的限制因素在于它的装置昂贵，且制出的膜较薄，不具备良好的减摩抗磨损性能。Smorygo.O．等人提出了用热扩散法在金属表面制备二硫化钼膜的方法，虽然工艺与气相沉积法相比更为简单经济，且可制备出较厚的润滑膜，但其设备仍然不适合于工业化大规模生产。

检索现有相关专利文献后发现，赵晴、朱文辉和邵志松在2010年申请了发明专利“一种钛合金表面微弧氧化减摩复合膜层的制备方法”【申请公布号：CN102021629A】，主要是通过在钛合金微弧氧化过程中引入固体润滑剂来制得具有减摩效果的微弧氧化复合膜。但是该方法制备的钛合金复合膜摩擦系数仍然相对较大，并且制备过程中需要将固体润滑剂先碱煮1h，水洗后在十二烷基磺酸钠溶液中浸泡4-8h，之后再烘干备用，整个过程比较复杂，效率较低，不适用于工业化大规模生产。

发明内容

为克服现有技术中存在的摩擦系数相对较大，制备过程复杂，不适用于工业化大规模生产的不足，本发明提出了一种钛合金自润滑复合膜及其制备方法。

所述的自润滑复合膜由陶瓷氧化膜与环氧树脂基复合材料涂层组成，并且陶瓷氧化膜制备在钛合金试样的表面，环氧树脂基复合材料涂层制备在陶瓷氧化膜的表面。

所述的陶瓷氧化膜含有19.20～24.59％的Ti，50.16～55.38％的O，6.63～8.24％的P，6.98～9.53％Si，7.74～9.46％的Al。

所述的环氧树脂基复合材料涂层由环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮配制而成，其中，环氧树脂为20～40g，邻苯二甲酸二乙酯为2～5ml，乙二胺为1～4ml，二硫化钼为10～20g，丙酮为80～120ml。

本发明还提出了一种制备所述钛合金自润滑复合膜的方法，具体步骤为：

步骤1、试样的光洁度处理：对试样进行光洁度处理，使试样表面光洁度达到Ra<0.8；并用去离子水清洗试样表面；

步骤2、钛合金试样的预处理；钛合金试样的预处理主要包括超声波除油和水洗；

步骤3、对钛合金表面进行微弧氧化处理：在直流脉冲条件下，将预处理后的钛合金试样置于微弧氧化电解液中，并以所述钛合金试样作为阳极，以微弧氧化装置中的不锈钢槽作为阴极，对钛合金表面进行微弧氧化处理；微弧氧化过程中以120r/min的转速对电解液进行搅拌；当钛合金试样表面得到一层致密均匀的陶瓷氧化膜后，清洗并吹干钛合金试样表面，得到表面有陶瓷氧化膜的钛合金试样；

步骤4、涂覆：按组份称量环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮，并配制成环氧树脂基复合材料涂料；通过浸润方式，将所述环氧树脂基复合材料涂料涂覆在陶瓷氧化膜的钛合金试样的表面；涂覆时，以30mm∕min的速率将所述有陶瓷氧化膜的钛合金试样竖直的浸没在环氧树脂基复合材料涂料中并静置5s；静置结束后，以30mm∕min的速率将所述钛合金试样从环氧树脂基复合材料涂料中抽出，竖直悬挂在通风处室温固化24h；

步骤5、反复涂覆：待钛合金试样表面干燥后，重复三遍步骤4的过程，每次重复步骤4涂覆过程后，将试样调转180°；在所述的钛合金试样表面形成了减摩耐磨复合材料涂层，该涂层的摩擦系数为0.06～0.22。

在配制所述环氧树脂基复合材料涂料时，将称量好的环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮按环氧树脂→邻苯二甲酸二乙酯→丙酮→填料二硫化钼→乙二胺的次序加入烧杯中，充分搅拌并静置1～2h进行熟化，得到配制好的环氧树脂基减摩耐磨复合涂料。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

本发明采用的硅酸钠体系电解液组份原料简单易得，溶液呈中性或弱碱性，而且溶液中不含铬离子等重金属离子和环保限制元素，不含对人体和环境有害的物质，对环境的污染小，满足优质清洁生产的需要。并且在电解液中加入的铝酸钠作为添加剂，使制得的膜均匀致密，与基体结合力强，耐磨性好。所采用的电解液成分简单，易于控制且工艺稳定。

本发明的环氧树脂基复合材料涂层中含有二硫化钼颗粒，有效降低了所述钛合金自润滑复合膜的摩擦系数，表现出较好的润滑减摩性能。此外，复合膜的磨损量相对于钛合金基体和微弧氧化陶瓷层也明显减少，膜表面耐磨性大大提高。

本发明所采用的表面涂覆技术的特点是利用机械、物理或化学等工艺手段，在工件表面制备一种涂层或膜。其化学成分、组织结构可以和工件材料完全不同，以满足工件表面性能，如耐磨、耐蚀、耐热、抗疲劳和耐辐射等，以提高产品质量、延长使用寿命。采用表面涂覆技术制备的涂层不仅物理机械等性能良好，而且操作方便、设备简单、适合工业化生产。当前关于制备二硫化钼高减摩耐磨性钛合金复合膜的研究非常少，因此此发明具有较强的开创性，如能在钛合金上制备出具有高减摩耐磨性的二硫化钼复合膜，将大大提高钛合金的应用范围，具有很高的科学研究价值和经济价值；

本发明是一种用液相等离子脉冲高能放电技术和环氧树脂基减摩耐磨复合材料涂层技术制备钛合金减摩耐磨复合膜的方法。为验证本发明的效果，通过HT-2000摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验，采用环-环配副形式，摩擦试样为表面具有高减摩耐磨性复合膜的Ti-5Al-4V钛合金块片（25mm×20mm×2.5mm），对偶摩擦副为45^#钢制成的圆环

硬度淬火44～46HRC，摩擦条件为干摩，试验载荷为10N，转速为224r/min，时间为20min。摩擦磨损试验结果如表所示：

从表中可以看出，本发明得到的钛合金自润滑减摩耐磨复合膜摩擦系数低于现有技术中钛合金的0.55；磨损量低于现有技术中钛合金的19.0。本发明摩擦系数大大降低，并表现出优异的润滑性能，物理机械性能良好，而且具有操作方便、设备简单、适合工业化大规模生产的特点。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

本发明采用的硅酸钠体系电解液组份原料简单易得，溶液呈中性或弱碱性，而且溶液中不含铬离子等重金属离子和环保限制元素，不含对人体和环境有害的物质，对环境的污染小，满足优质清洁生产的需要。并且在电解液中加入的铝酸钠作为添加剂，使制得的膜均匀致密，与基体结合力强，达到20.3N，耐磨性好。所采用的电解液成分简单，易于控制且工艺稳定。

本发明的环氧树脂基复合材料涂层中含有二硫化钼颗粒，有效降低了所述钛合金自润滑复合膜的摩擦系数，表现出较好的润滑减摩性能。此外，复合膜的磨损量相对于钛合金基体和微弧氧化陶瓷层也明显减少，提高了膜表面耐磨性。

本发明所采用的表面涂覆技术的特点是利用机械、物理或化学等工艺手段，在工件表面制备一种涂层或膜。其化学成分、组织结构可以和工件材料完全不同，以满足工件表面性能，如耐磨、耐蚀、耐热、抗疲劳和耐辐射等，以提高产品质量、延长使用寿命。采用表面涂覆技术制备的涂层不仅物理机械等性能良好，而且操作方便、设备简单、适合工业化生产。当前关于制备二硫化钼高减摩耐磨性钛合金复合膜的研究非常少，因此此发明具有较强的开创性，如能在钛合金上制备出具有高减摩耐磨性的二硫化钼复合膜，将大大提高钛合金的应用范围，具有很高的科学研究价值和经济价值；

本发明得到的钛合金自润滑减摩耐磨复合膜不仅摩擦系数降低，表现出优异的润滑性能，物理机械性能良好，而且操作方便、设备简单、适合工业化大规模生产。

附图说明

图1是实施例1的Ti6Al4V钛合金与Ti6Al4V钛合金自润滑复合膜的摩擦系数与时间关系曲线；

图2是本发明的流程图。图中：

1．Ti6Al4V钛合金的摩擦系数与时间关系曲线；

2．Ti6Al4V钛合金自润滑复合膜的摩擦系数与时间关系曲线

具体实施方式

下面以具体事例来对本发明方案做进一步说明：

实施例1

本实施例是一种Ti6Al4V钛合金自润滑复合膜，试样的外形尺寸为25mm×20mm×2.5mm。

所述的自润滑复合膜由陶瓷氧化膜与环氧树脂基复合材料涂层组成，并且陶瓷氧化膜制备在钛合金试样的表面，环氧树脂基复合材料涂层制备在陶瓷氧化膜的表面。

所述的陶瓷氧化膜含有19.20～24.59％的Ti，50.16～55.38％的O，6.63～8.24％的P，6.98～9.53％的Si，7.74～9.46％的Al。本实施例中，所述的陶瓷氧化膜含有21.59％的Ti，53.38％的O，7.64％的P，7.53％的Si，8.86％的Al。

所述的陶瓷氧化膜中的Ti主要来源于基体中，P和Si分别来源于电解液组分中的硅酸钠和六偏磷酸钠，O在膜层中的含量较高，说明微弧氧化膜层主要有氧化物构成，来源也较复杂，可能来源于电解液中的溶解氧、水溶液中的OH^-以及电解液组分中的氧，Al主要来源于电解液中的铝酸钠。

所述的环氧树脂基复合材料涂层由环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮配制而成，其中，环氧树脂30g、邻苯二甲酸二乙酯2ml、乙二胺3ml、二硫化钼13g、丙酮80ml。

本实施例还提出了一种制备所述钛合金自润滑复合膜的方法，具体步骤为：

步骤1、试样的光洁度处理：通过机械方式对试样进行光洁度处理，使试样表面光洁度达到Ra<0.8。具体是用粒度为240﹟、400﹟、800﹟、1200﹟的水磨砂纸依次打磨钛合金试样，清除试样表面的毛刺、牢固的氧化物、切削加工过程中产生的油异物和加工痕迹，减小表面粗糙度。对试样进行光洁度处理后，用去离子水清洗试样表面。

步骤2、钛合金试样的预处理；钛合金试样的预处理主要包括超声波除油和水洗；

超声波除油：将打磨好的钛合金试样放在盛有适量无水乙醇的小烧杯中，然后再将小烧杯放入超声波清洗器中进行清洗，清洗20min后，将钛合金试样取出。

水洗：用去离子水对超声波除油后的钛合金试样进行彻底清洗，之后再进行试样表面水膜连续性检查，若整个金属表面呈现亲水性，没有水珠和不浸润处，则认为除油合格，否则需要对不合格的试样再进行超声波除油。

步骤3、微弧氧化：采用广州精源电子有限公司生产的JYW-50连续可调微弧氧化电源对钛合金表面进行微弧氧化处理，具体方法为：在直流脉冲条件下，将预处理后的钛合金试样置于微弧氧化电解液中作为阳极，以微弧氧化装置中的不锈钢槽作为阴极，微弧氧化过程中通过搅拌器对电解液进行搅拌，并通过冷凝器控制微弧氧化过程中电解液的温度。所述搅拌器的转速为120r/min。

在钛合金试样表面微弧氧化处理得到一层致密均匀的陶瓷氧化膜后，用去离子水对其表面进行清洗，以去除该陶瓷氧化膜表面的残留电解液。将经过去离子水清洗后的钛合金试样用无水乙醇超声清洗后吹干，得到表面有陶瓷氧化膜的钛合金试样。

步骤4、涂覆：通过浸润方式，在有陶瓷氧化膜的钛合金试样的表面涂覆环氧树脂基复合材料涂料。涂覆时，将微弧氧化处理过的钛合金试样竖直悬挂在多层自动提拉涂膜机上以30mm∕min的速率将上述有陶瓷氧化膜的钛合金试样浸没在环氧树脂基复合材料涂料中并静置5s。静置结束后，以30mm∕min的速率将所述钛合金试样从环氧树脂基复合材料涂料中抽出，竖直悬挂在通风处室温固化24h。

所述多层自动提拉涂膜机采用上海将来实验设备有限公司的产品。

步骤5、反复涂覆：待钛合金试样表面干燥后，重复三遍步骤4的过程，每次重复步骤4涂覆过程后，将试样转180°。最终，在所述的钛合金试样表面形成了减摩耐磨复合材料涂层，该涂层的摩擦系数约为0.06。

在配制所述的环氧树脂基减摩耐磨复合涂料时，将称量好的环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮加入烧杯中，充分搅拌并静置1～2h进行熟化，得到配制好的环氧树脂基减摩耐磨复合涂料。在向烧杯中加入环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮时，根据各物质的的相容性、配伍性、黏合性和工艺性，按以下顺序依次加入：环氧树脂→邻苯二甲酸二乙酯→丙酮→填料二硫化钼→乙二胺。

本实施例中，为了使尽量保证钛合金微弧氧化陶瓷层涂覆均匀，正交试验中各工件竖直悬挂，每次涂覆时上下方向对调各涂覆2次，总共涂覆4次。涂覆量的大小直接决定涂覆层的厚薄，一般胶层越薄，缺陷越少、变形越小、收缩越小、内应力越小、粘结强度越高，所以涂覆层宜薄勿厚，涂覆层过厚，非但无益，反而有害，在保证不缺胶的前提下，涂覆层应尽量薄些为好。

本实施例是一种用液相等离子脉冲高能放电技术和环氧树脂基减摩耐磨复合材料涂层技术制备钛合金减摩耐磨复合膜的方法。

为验证本实施例的效果，通过HT-2000摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验，采用环-环配副形式，摩擦试样为表面具有高减摩耐磨性复合膜的Ti6Al4V钛合金块片（25mm×20mm×2.5mm），对偶摩擦副为45^#钢制成的圆环

硬度淬火44～46HRC，摩擦条件为干摩，试验载荷为10N，转速为224r/min，时间为20min。在摩擦磨损试验中发现：与Ti6Al4V钛合金基体相比，在其表面涂覆一层自润滑复合涂层后制得的Ti6Al4V钛合金自润滑复合膜的摩擦系数从0.55降低到0.06，表现出较佳的润滑减摩性能。此外，复合膜的磨损量相对于钛合金基体明显减少，从19.0mg降低到仅0.82mg，因此，在微弧氧化陶瓷层上涂覆一层自润滑复合涂层后，膜表面耐磨性大大提高。

实施例2：

本实施例是一种Ti-2Al-1.5Mn钛合金自润滑复合膜，试样的外形尺寸为25mm×20mm×2.5mm。

所述的自润滑复合膜由陶瓷氧化膜与环氧树脂基复合材料涂层组成，并且陶瓷氧化膜制备在钛合金试样的表面，环氧树脂基复合材料涂层制备在陶瓷氧化膜的表面。

所述的陶瓷氧化膜含有19.0～24.59％的Ti，50.16～55.38％的O，6.6～8.24％的P，6.98～9.53％的Si，7.74～9.46％的Al。本实施例中，所述的陶瓷氧化膜含有24.12％的Ti，50.16％的O，6.98％的P，9.53％的Si，8.21％的Al。

所述的陶瓷氧化膜中的Ti主要来源于基体中，P和Si分别来源于电解液组分中的硅酸钠和六偏磷酸钠，O在膜层中的含量较高，说明微弧氧化膜层主要有氧化物构成，来源也较复杂，可能来源于电解液中的溶解氧、水溶液中的OH^-以及电解液组分中的氧，Al主要来源于电解液中的铝酸钠。

所述的环氧树脂基复合材料涂层由环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮配制而成，其中，环氧树脂40g、邻苯二甲酸二乙酯2ml、乙二胺3ml、二硫化钼13g、丙酮120ml。

本实施例还提出了一种制备所述钛合金自润滑复合膜的方法，具体步骤为：

步骤1、试样的光洁度处理：通过机械方式对试样进行光洁度处理，使试样表面光洁度达到Ra<0.8。具体是用粒度为240﹟、400﹟、800﹟、1200﹟的水磨砂纸依次打磨钛合金试样，清除试样表面的毛刺、牢固的氧化物、切削加工过程中产生的油异物和加工痕迹，减小表面粗糙度。对试样进行光洁度处理后，用去离子水清洗试样表面。

步骤2、钛合金试样的预处理；钛合金试样的预处理主要包括超声波除油和水洗；

超声波除油：将打磨好的钛合金试样放在盛有适量无水乙醇的小烧杯中，然后再将小烧杯放入超声波清洗器中进行清洗，清洗20min后，将钛合金试样取出。

水洗：用去离子水对超声波除油后的钛合金试样进行彻底清洗，之后再进行试样表面水膜连续性检查，若整个金属表面呈现亲水性，没有水珠和不浸润处，则认为除油合格，否则需要对不合格的试样再进行超声波除油。

步骤3、微弧氧化：采用广州精源电子有限公司生产的JYW-50连续可调微弧氧化电源对钛合金表面进行微弧氧化处理，具体方法为：在直流脉冲条件下，将预处理后的钛合金试样置于微弧氧化电解液中作为阳极，以微弧氧化装置中的不锈钢槽作为阴极，微弧氧化过程中通过搅拌器对电解液进行搅拌，并通过冷凝器控制微弧氧化过程中电解液的温度。所述搅拌器的转速为120r/min。

在钛合金试样表面微弧氧化处理得到一层致密均匀的陶瓷氧化膜后，用去离子水对其表面进行清洗，以去除该陶瓷氧化膜表面的残留电解液。将经过去离子水清洗后的钛合金试样用无水乙醇超声清洗后吹干，得到表面有陶瓷氧化膜的钛合金试样。

步骤4、涂覆：通过浸润方式，在有陶瓷氧化膜的钛合金试样的表面涂覆环氧树脂基复合材料涂料。涂覆时，将微弧氧化处理过的钛合金试样竖直悬挂在多层自动提拉涂膜机（上海将来实验设备有限公司）上以30mm∕min的速率将上述有陶瓷氧化膜的钛合金试样浸没在环氧树脂基复合材料涂料中并静置5s。静置结束后，以30mm∕min的速率将所述钛合金试样从环氧树脂基复合材料涂料中抽出，竖直悬挂在通风处室温固化24h。

步骤5、反复涂覆：待钛合金试样表面干燥后，重复三遍步骤4的过程，每次重复步骤4涂覆过程后，将试样转180°。最终，在所述的钛合金试样表面形成了减摩耐磨复合材料涂层，该涂层的摩擦系数约为0.10。

本实施例中，所述的环氧树脂基复合材料涂料由环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮配制而成，具体组分为：环氧树脂40g、邻苯二甲酸二乙酯2ml、乙二胺3ml、二硫化钼13g、丙酮120ml。

在配制所述的环氧树脂基减摩耐磨复合涂料时，将称量好的环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮加入烧杯中，充分搅拌并静置1～2h进行熟化，得到配制好的环氧树脂基减摩耐磨复合涂料。在向烧杯中加入环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮时，根据各物质的的相容性、配伍性、黏合性和工艺性，按以下顺序依次加入：环氧树脂→邻苯二甲酸二乙酯→丙酮→填料二硫化钼→乙二胺。

本实施例中，为了使尽量保证钛合金微弧氧化陶瓷层涂覆均匀，正交试验中各工件竖直悬挂，每次涂覆时上下方向对调各涂覆2次，总共涂覆4次。涂覆量的大小直接决定涂覆层的厚薄，一般胶层越薄，缺陷越少、变形越小、收缩越小、内应力越小、粘结强度越高，所以涂覆层宜薄勿厚，涂覆层过厚，非但无益，反而有害，在保证不缺胶的前提下，涂覆层应尽量薄些为好。

本实施例是一种用液相等离子脉冲高能放电技术和环氧树脂基减摩耐磨复合材料涂层技术制备钛合金减摩耐磨复合膜的方法。为验证本实施例的效果，通过HT-2000摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验，采用环-环配副形式，摩擦试样为表面具有高减摩耐磨性复合膜的Ti-2Al-1.5Mn钛合金块片（25mm×20mm×2.5mm），对偶摩擦副为45^#钢制成的圆环

硬度淬火44～46HRC，摩擦条件为干摩，试验载荷为10N，转速为224r/min，时间为20min。在摩擦磨损试验中发现：与Ti-2Al-1.5Mn钛合金基体相比，在其表面涂覆一层自润滑复合涂层后制得的Ti-2Al-1.5Mn钛合金自润滑复合膜的摩擦系数从0.59降低到0.10，表现出较佳的润滑减摩性能。此外，复合膜的磨损量相对于钛合金基体和微弧氧化陶瓷层也明显减少，从21.5mg降低到仅0.94mg，因此，在微弧氧化陶瓷层上涂覆一层自润滑复合涂层后，复合膜表面耐磨性大大提高。

实施例3

本实施例是一种Ti-5Al-4V钛合金自润滑复合膜，试样的外形尺寸为25mm×20mm×2.5mm。

所述的自润滑复合膜由陶瓷氧化膜与环氧树脂基复合材料涂层组成，并且陶瓷氧化膜制备在钛合金试样的表面，环氧树脂基复合材料涂层制备在陶瓷氧化膜的表面。

所述的陶瓷氧化膜含有19.0～24.59％的Ti，50.16～55.38％的O，6.6～8.24％的P，6.98～9.53％的Si，7.74～9.46％的Al。本实施例中，所述的陶瓷氧化膜含有19.20％的Ti，53.43％的O，8.24％的P，9.18％的Si，8.95％的Al。

所述的陶瓷氧化膜中的Ti主要来源于基体中，P和Si分别来源于电解液组分中的硅酸钠和六偏磷酸钠，O在膜层中的含量较高，说明微弧氧化膜层主要有氧化物构成，来源也较复杂，可能来源于电解液中的溶解氧、水溶液中的OH^-以及电解液组分中的氧，Al主要来源于电解液中的铝酸钠。

所述的环氧树脂基复合材料涂层由环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮配制而成，其中，环氧树脂30g、邻苯二甲酸二乙酯2ml、乙二胺3ml、二硫化钼10g、丙酮120ml。

本实施例还提出了一种制备所述钛合金自润滑复合膜的方法，具体步骤为：

步骤1、试样的光洁度处理：通过机械方式对试样进行光洁度处理，使试样表面光洁度达到Ra<0.8。具体是用粒度为240﹟、400﹟、800﹟、1200﹟的水磨砂纸依次打磨钛合金试样，清除试样表面的毛刺、牢固的氧化物、切削加工过程中产生的油异物和加工痕迹，减小表面粗糙度。对试样进行光洁度处理后，用去离子水清洗试样表面。

步骤2、钛合金试样的预处理；钛合金试样的预处理主要包括超声波除油和水洗；

超声波除油：将打磨好的钛合金试样放在盛有适量无水乙醇的小烧杯中，然后再将小烧杯放入超声波清洗器中进行清洗，清洗20min后，将钛合金试样取出。

水洗：用去离子水对超声波除油后的钛合金试样进行彻底清洗，之后再进行试样表面水膜连续性检查，若整个金属表面呈现亲水性，没有水珠和不浸润处，则认为除油合格，否则需要对不合格的试样再进行超声波除油。

步骤3、微弧氧化：采用广州精源电子有限公司生产的JYW-50连续可调微弧氧化电源对钛合金表面进行微弧氧化处理，具体方法为：在直流脉冲条件下，将预处理后的钛合金试样置于微弧氧化电解液中作为阳极，以微弧氧化装置中的不锈钢槽作为阴极，微弧氧化过程中通过搅拌器对电解液进行搅拌，并通过冷凝器控制微弧氧化过程中电解液的温度。所述搅拌器的转速为120r/min。

在钛合金试样表面微弧氧化处理得到一层致密均匀的陶瓷氧化膜后，用去离子水对其表面进行清洗，以去除该陶瓷氧化膜表面的残留电解液。将经过去离子水清洗后的钛合金试样用无水乙醇超声清洗后吹干，得到表面有陶瓷氧化膜的钛合金试样。

步骤4、涂覆：通过浸润方式，在有陶瓷氧化膜的钛合金试样的表面涂覆环氧树脂基复合材料涂料。涂覆时，将微弧氧化处理过的钛合金试样竖直悬挂在多层自动提拉涂膜机上以30mm∕min的速率将上述有陶瓷氧化膜的钛合金试样浸没在环氧树脂基复合材料涂料中并静置5s。静置结束后，以30mm∕min的速率将所述钛合金试样从环氧树脂基复合材料涂料中抽出，竖直悬挂在通风处室温固化24h。

步骤5、反复涂覆：待钛合金试样表面干燥后，重复三遍步骤4的过程，每次重复步骤4涂覆过程后，将试样转180°。最终，在所述的钛合金试样表面形成了减摩耐磨复合材料涂层，该涂层的摩擦系数约为0.13。

在配制所述的环氧树脂基减摩耐磨复合涂料时，将称量好的环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮加入烧杯中，充分搅拌并静置1～2h进行熟化，得到配制好的环氧树脂基减摩耐磨复合涂料。在向烧杯中加入环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮时，根据各物质的的相容性、配伍性、黏合性和工艺性，按以下顺序依次加入：环氧树脂→邻苯二甲酸二乙酯→丙酮→填料二硫化钼→乙二胺。

本实施例中，为了使尽量保证钛合金微弧氧化陶瓷层涂覆均匀，正交试验中各工件竖直悬挂，每次涂覆时上下方向对调各涂覆2次，总共涂覆4次。涂覆量的大小直接决定涂覆层的厚薄，一般胶层越薄，缺陷越少、变形越小、收缩越小、内应力越小、粘结强度越高，所以涂覆层宜薄勿厚，涂覆层过厚，非但无益，反而有害，在保证不缺胶的前提下，涂覆层应尽量薄些为好。

为验证本发明的效果，通过HT-2000摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验，采用环-环配副形式，摩擦试样为表面具有高减摩耐磨性复合膜的Ti-5Al-4V钛合金块片（25mm×20mm×2.5mm），对偶摩擦副为45^#钢制成的圆环

硬度淬火44～46HRC，摩擦条件为干摩，试验载荷为10N，转速为224r/min，时间为20min。在摩擦磨损试验中发现：与Ti-5Al-4V钛合金基体相比，在其表面涂覆一层自润滑复合涂层后制得的Ti-5Al-4V钛合金自润滑复合膜的摩擦系数从0.52降低到0.13左右，表现出较佳的润滑减摩性能。此外，复合膜的磨损量相对于钛合金基体明显减少，从17.8mg降低到仅1.27mg，因此，在微弧氧化陶瓷层上涂覆一层自润滑复合涂层后，复合膜表面耐磨性大大提高。

实施例4

本实施例是一种Ti6Al4V钛合金自润滑复合膜，试样的外形尺寸为25mm×20mm×2.5mm。

所述的自润滑复合膜由陶瓷氧化膜与环氧树脂基复合材料涂层组成，并且陶瓷氧化膜制备在钛合金试样的表面，环氧树脂基复合材料涂层制备在陶瓷氧化膜的表面。

所述的陶瓷氧化膜含有19.0～24.59％的Ti，50.16～55.38％的O，6.6～8.24％的P，6.98～9.53％的Si，7.74～9.46％的Al。本实施例中，所述的陶瓷氧化膜含有24.59％的Ti，52.13％的O，6.63％的P，8.17％的Si，7.48％的Al。

所述的陶瓷氧化膜中的Ti主要来源于基体中，P和Si分别来源于电解液组分中的硅酸钠和六偏磷酸钠，O在膜层中的含量较高，说明微弧氧化膜层主要有氧化物构成，来源也较复杂，可能来源于电解液中的溶解氧、水溶液中的OH^-以及电解液组分中的氧，Al主要来源于电解液中的铝酸钠。

所述的环氧树脂基复合材料涂层由环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮配制而成，其中，环氧树脂35g、邻苯二甲酸二乙酯2ml、乙二胺3ml、二硫化钼10g、丙酮120ml。

本实施例还提出了一种制备所述钛合金自润滑复合膜的方法，具体步骤为：

步骤1、试样的光洁度处理：通过机械方式对试样进行光洁度处理，使试样表面光洁度达到Ra<0.8。具体是用粒度为240﹟、400﹟、800﹟、1200﹟的水磨砂纸依次打磨钛合金试样，清除试样表面的毛刺、牢固的氧化物、切削加工过程中产生的油异物和加工痕迹，减小表面粗糙度。对试样进行光洁度处理后，用去离子水清洗试样表面。

步骤2、钛合金试样的预处理；钛合金试样的预处理主要包括超声波除油和水洗；

超声波除油：将打磨好的钛合金试样放在盛有适量无水乙醇的小烧杯中，然后再将小烧杯放入超声波清洗器中进行清洗，清洗20min后，将钛合金试样取出。

水洗：用去离子水对超声波除油后的钛合金试样进行彻底清洗，之后再进行试样表面水膜连续性检查，若整个金属表面呈现亲水性，没有水珠和不浸润处，则认为除油合格，否则需要对不合格的试样再进行超声波除油。

步骤3、微弧氧化：采用广州精源电子有限公司生产的JYW-50连续可调微弧氧化电源对钛合金表面进行微弧氧化处理，具体方法为：在直流脉冲条件下，将预处理后的钛合金试样置于微弧氧化电解液中作为阳极，以微弧氧化装置中的不锈钢槽作为阴极，微弧氧化过程中通过搅拌器对电解液进行搅拌，并通过冷凝器控制微弧氧化过程中电解液的温度。所述搅拌器的转速为120r/min。

在钛合金试样表面微弧氧化处理得到一层致密均匀的陶瓷氧化膜后，用去离子水对其表面进行清洗，以去除该陶瓷氧化膜表面的残留电解液。将经过去离子水清洗后的钛合金试样用无水乙醇超声清洗后吹干，得到表面有陶瓷氧化膜的钛合金试样。

步骤4、涂覆：通过浸润方式，在有陶瓷氧化膜的钛合金试样的表面涂覆环氧树脂基复合材料涂料。涂覆时，将微弧氧化处理过的钛合金试样竖直悬挂在多层自动提拉涂膜机上以30mm∕min的速率将上述有陶瓷氧化膜的钛合金试样浸没在环氧树脂基复合材料涂料中并静置5s。静置结束后，以30mm∕min的速率将所述钛合金试样从环氧树脂基复合材料涂料中抽出，竖直悬挂在通风处室温固化24h。

步骤5、反复涂覆：待钛合金试样表面干燥后，重复三遍步骤4的过程，每次重复步骤4涂覆过程后，将试样转180°。最终，在所述的钛合金试样表面形成了减摩耐磨复合材料涂层，该涂层的摩擦系数约为0.18。

在配制所述的环氧树脂基减摩耐磨复合涂料时，将称量好的环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮加入烧杯中，充分搅拌并静置1～2h进行熟化，得到配制好的环氧树脂基减摩耐磨复合涂料。在向烧杯中加入环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮时，根据各物质的的相容性、配伍性、黏合性和工艺性，按以下顺序依次加入：环氧树脂→邻苯二甲酸二乙酯→丙酮→填料二硫化钼→乙二胺。

本实施例中，为了使尽量保证钛合金微弧氧化陶瓷层涂覆均匀，正交试验中各工件竖直悬挂，每次涂覆时上下方向对调各涂覆2次，总共涂覆4次。涂覆量的大小直接决定涂覆层的厚薄，一般胶层越薄，缺陷越少、变形越小、收缩越小、内应力越小、粘结强度越高，所以涂覆层宜薄勿厚，涂覆层过厚，非但无益，反而有害，在保证不缺胶的前提下，涂覆层应尽量薄些为好。

为验证本发明的效果，通过HT-2000摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验，采用环-环配副形式，摩擦试样为表面具有高减摩耐磨性复合膜的Ti6Al4V钛合金块片（25mm×20mm×2.5mm），对偶摩擦副为45^#钢制成的圆环

硬度淬火44～46HRC，摩擦条件为干摩，试验载荷为10N，转速为224r/min，时间为20min。在摩擦磨损试验中发现：与Ti6Al4V钛合金基体相比，在其表面涂覆一层自润滑复合涂层后制得的Ti6Al4V钛合金自润滑复合膜的摩擦系数从0.55降低到0.18，表现出较佳的润滑减摩性能。此外，复合膜的磨损量相对于钛合金基体也明显减少，从19.0mg降低到仅1.71mg，因此，在微弧氧化陶瓷层上涂覆一层自润滑复合涂层后，复合膜表面耐磨性大大提高。

实施例5

本实施例是一种Ti-2Al-1.5Mn钛合金自润滑复合膜，试样的外形尺寸为25mm×20mm×2.5mm。

所述的自润滑复合膜由陶瓷氧化膜与环氧树脂基复合材料涂层组成，并且陶瓷氧化膜制备在钛合金试样的表面，环氧树脂基复合材料涂层制备在陶瓷氧化膜的表面。

所述的陶瓷氧化膜含有19.0～24.59％的Ti，50.16～55.38％的O，6.6～8.24％的P，6.98～9.53％的Si，7.74～9.46％的Al。本实施例中，所述的陶瓷氧化膜含有21.67％的Ti，55.38％的O，6.95％的P，7.26％的Si，7.74％的Al。

所述的陶瓷氧化膜中的Ti主要来源于基体中，P和Si分别来源于电解液组分中的硅酸钠和六偏磷酸钠，O在膜层中的含量较高，说明微弧氧化膜层主要有氧化物构成，来源也较复杂，可能来源于电解液中的溶解氧、水溶液中的OH^-以及电解液组分中的氧，Al主要来源于电解液中的铝酸钠。

所述的环氧树脂基复合材料涂层由环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮配制而成，其中，环氧树脂25g、邻苯二甲酸二乙酯4ml、乙二胺4ml、二硫化钼20g、丙酮100ml。

本实施例还提出了一种制备所述钛合金自润滑复合膜的方法，具体步骤为：

步骤1、试样的光洁度处理：通过机械方式对试样进行光洁度处理，使试样表面光洁度达到Ra<0.8。具体是用粒度为240﹟、400﹟、800﹟、1200﹟的水磨砂纸依次打磨钛合金试样，清除试样表面的毛刺、牢固的氧化物、切削加工过程中产生的油异物和加工痕迹，减小表面粗糙度。对试样进行光洁度处理后，用去离子水清洗试样表面。

步骤2、钛合金试样的预处理；钛合金试样的预处理主要包括超声波除油和水洗；

超声波除油：将打磨好的钛合金试样放在盛有适量无水乙醇的小烧杯中，然后再将小烧杯放入超声波清洗器中进行清洗，清洗20min后，将钛合金试样取出。

水洗：用去离子水对超声波除油后的钛合金试样进行彻底清洗，之后再进行试样表面水膜连续性检查，若整个金属表面呈现亲水性，没有水珠和不浸润处，则认为除油合格，否则需要对不合格的试样再进行超声波除油。

步骤3、微弧氧化：采用广州精源电子有限公司生产的JYW-50连续可调微弧氧化电源对钛合金表面进行微弧氧化处理，具体方法为：在直流脉冲条件下，将预处理后的钛合金试样置于微弧氧化电解液中作为阳极，以微弧氧化装置中的不锈钢槽作为阴极，微弧氧化过程中通过搅拌器对电解液进行搅拌，并通过冷凝器控制微弧氧化过程中电解液的温度。所述搅拌器的转速为120r/min。

在钛合金试样表面微弧氧化处理得到一层致密均匀的陶瓷氧化膜后，用去离子水对其表面进行清洗，以去除该陶瓷氧化膜表面的残留电解液。将经过去离子水清洗后的钛合金试样用无水乙醇超声清洗后吹干，得到表面有陶瓷氧化膜的钛合金试样。

步骤4、涂覆：通过浸润方式，在有陶瓷氧化膜的钛合金试样的表面涂覆环氧树脂基复合材料涂料。涂覆时，将微弧氧化处理过的钛合金试样竖直悬挂在多层自动提拉涂膜机上以30mm∕min的速率将上述有陶瓷氧化膜的钛合金试样浸没在环氧树脂基复合材料涂料中并静置5s。静置结束后，以30mm∕min的速率将所述钛合金试样从环氧树脂基复合材料涂料中抽出，竖直悬挂在通风处室温固化24h。

步骤5、反复涂覆：待钛合金试样表面干燥后，重复三遍步骤4的过程，每次重复步骤4涂覆过程后，将试样转180°。最终，在所述的钛合金试样表面形成了减摩耐磨复合材料涂层，该涂层的摩擦系数约为0.15。

在配制所述的环氧树脂基减摩耐磨复合涂料时，将称量好的环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮加入烧杯中，充分搅拌并静置1～2h进行熟化，得到配制好的环氧树脂基减摩耐磨复合涂料。在向烧杯中加入环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮时，根据各物质的的相容性、配伍性、黏合性和工艺性，按以下顺序依次加入：环氧树脂→邻苯二甲酸二乙酯→丙酮→填料二硫化钼→乙二胺。

本实施例中，为了使尽量保证钛合金微弧氧化陶瓷层涂覆均匀，正交试验中各工件竖直悬挂，每次涂覆时上下方向对调各涂覆2次，总共涂覆4次。涂覆量的大小直接决定涂覆层的厚薄，一般胶层越薄，缺陷越少、变形越小、收缩越小、内应力越小、粘结强度越高，所以涂覆层宜薄勿厚，涂覆层过厚，非但无益，反而有害，在保证不缺胶的前提下，涂覆层应尽量薄些为好。

为验证本发明的效果，通过HT-2000摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验，采用环-环配副形式，摩擦试样为表面具有高减摩耐磨性复合膜的Ti-2Al-1.5Mn钛合金块片（25mm×20mm×2.5mm），对偶摩擦副为45^#钢制成的圆环硬度淬火44～46HRC，摩擦条件为干摩，试验载荷为10N，转速为224r/min，时间为20min。在摩擦磨损试验中发现：与Ti-2Al-1.5Mn钛合金基体相比，在其表面涂覆一层自润滑复合涂层后制得的Ti-2Al-1.5Mn钛合金自润滑复合膜的摩擦系数从0.59降低到0.15左右，表现出较好的润滑减摩性能。此外，复合膜的磨损量相对于钛合金基体也明显减少，从21.5mg降低到2.78mg，因此，在微弧氧化陶瓷层上涂覆一层自润滑复合涂层后，复合膜表面耐磨性大大提高。

实施例6

本实施例是一种Ti-5Al-4V钛合金自润滑复合膜，试样的外形尺寸为25mm×20mm×2.5mm。

所述的自润滑复合膜由陶瓷氧化膜与环氧树脂基复合材料涂层组成，并且陶瓷氧化膜制备在钛合金试样的表面，环氧树脂基复合材料涂层制备在陶瓷氧化膜的表面。

所述的陶瓷氧化膜含有19.0～24.59％的Ti，50.16～55.38％的O，6.6～8.24％的P，6.98～9.53％的Si，7.74～9.46％的Al。本实施例中，所述的陶瓷氧化膜含有20.72％的Ti，54.31％的O，7.53％的P，6.98％的Si，9.46％的Al。

所述的陶瓷氧化膜中的Ti主要来源于基体中，P和Si分别来源于电解液组分中的硅酸钠和六偏磷酸钠，O在膜层中的含量较高，说明微弧氧化膜层主要有氧化物构成，来源也较复杂，可能来源于电解液中的溶解氧、水溶液中的OH^-以及电解液组分中的氧，Al主要来源于电解液中的铝酸钠。

所述的环氧树脂基复合材料涂层由环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮配制而成，其中，环氧树脂20g、邻苯二甲酸二乙酯5ml、乙二胺1ml、二硫化钼20g、丙酮80ml。

本实施例还提出了一种制备所述钛合金自润滑复合膜的方法，具体步骤为：

步骤1、试样的光洁度处理：通过机械方式对试样进行光洁度处理，使试样表面光洁度达到Ra<0.8。具体是用粒度为240﹟、400﹟、800﹟、1200﹟的水磨砂纸依次打磨钛合金试样，清除试样表面的毛刺、牢固的氧化物、切削加工过程中产生的油异物和加工痕迹，减小表面粗糙度。对试样进行光洁度处理后，用去离子水清洗试样表面。

步骤2、钛合金试样的预处理；钛合金试样的预处理主要包括超声波除油和水洗；

超声波除油：将打磨好的钛合金试样放在盛有适量无水乙醇的小烧杯中，然后再将小烧杯放入超声波清洗器中进行清洗，清洗20min后，将钛合金试样取出。

水洗：用去离子水对超声波除油后的钛合金试样进行彻底清洗，之后再进行试样表面水膜连续性检查，若整个金属表面呈现亲水性，没有水珠和不浸润处，则认为除油合格，否则需要对不合格的试样再进行超声波除油。

步骤3、微弧氧化：采用广州精源电子有限公司生产的JYW-50连续可调微弧氧化电源对钛合金表面进行微弧氧化处理，具体方法为：在直流脉冲条件下，将预处理后的钛合金试样置于微弧氧化电解液中作为阳极，以微弧氧化装置中的不锈钢槽作为阴极，微弧氧化过程中通过搅拌器对电解液进行搅拌，并通过冷凝器控制微弧氧化过程中电解液的温度。所述搅拌器的转速为120r/min。

在钛合金试样表面微弧氧化处理得到一层致密均匀的陶瓷氧化膜后，用去离子水对其表面进行清洗，以去除该陶瓷氧化膜表面的残留电解液。将经过去离子水清洗后的钛合金试样用无水乙醇超声清洗后吹干，得到表面有陶瓷氧化膜的钛合金试样。

步骤4、涂覆：通过浸润方式，在有陶瓷氧化膜的钛合金试样的表面涂覆环氧树脂基复合材料涂料。涂覆时，将微弧氧化处理过的钛合金试样竖直悬挂在多层自动提拉涂膜机上以30mm∕min的速率将上述有陶瓷氧化膜的钛合金试样浸没在环氧树脂基复合材料涂料中并静置5s。静置结束后，以30mm∕min的速率将所述钛合金试样从环氧树脂基复合材料涂料中抽出，竖直悬挂在通风处室温固化24h。

步骤5、反复涂覆：待钛合金试样表面干燥后，重复三遍步骤4的过程，每次重复步骤4涂覆过程后，将试样转180°。最终，在所述的钛合金试样表面形成了减摩耐磨复合材料涂层，该涂层的摩擦系数约为0.22。

在配制所述的环氧树脂基减摩耐磨复合涂料时，将称量好的环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮加入烧杯中，充分搅拌并静置1～2h进行熟化，得到配制好的环氧树脂基减摩耐磨复合涂料。在向烧杯中加入环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮时，根据各物质的的相容性、配伍性、黏合性和工艺性，按以下顺序依次加入：环氧树脂→邻苯二甲酸二乙酯→丙酮→填料二硫化钼→乙二胺。

本实施例中，为了使尽量保证钛合金微弧氧化陶瓷层涂覆均匀，正交试验中各工件竖直悬挂，每次涂覆时上下方向对调各涂覆2次，总共涂覆4次。涂覆量的大小直接决定涂覆层的厚薄，一般胶层越薄，缺陷越少、变形越小、收缩越小、内应力越小、粘结强度越高，所以涂覆层宜薄勿厚，涂覆层过厚，非但无益，反而有害，在保证不缺胶的前提下，涂覆层应尽量薄些为好。

为验证本发明的效果，通过HT-2000摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验，采用环-环配副形式，摩擦试样为表面具有高减摩耐磨性复合膜的Ti-5Al-4V钛合金块片（25mm×20mm×2.5mm），对偶摩擦副为45^#钢制成的圆环硬度淬火44～46HRC，摩擦条件为干摩，试验载荷为10N，转速为224r/min，时间为20min。在摩擦磨损试验中发现：与Ti-5Al-4V钛合金基体相比，在其表面涂覆一层自润滑复合涂层后制得的Ti-5Al-4V钛合金自润滑复合膜的摩擦系数从0.52降低到0.22左右，表现出较好的润滑减摩性能。此外，复合膜的磨损量相对于钛合金基体也明显减少，从17.8mg降低到2.67mg，因此，在微弧氧化陶瓷层上涂覆一层自润滑复合涂层后，复合膜表面耐磨性大大提高。

上述各实施例中，所述电解液的温度为20℃，微弧氧化的工艺参数为：电流密度为4～12A/dm²，占空比为40～80％，频率为400～800Hz，氧化时间为10～60min。微弧氧化电解液配方为：硅酸钠4～16g/L、六偏磷酸钠3～12g/L、铝酸钠0.5～3g/L，其余为去离子水，所述的硅酸钠、六偏磷酸钠和铝酸钠均为颗粒状。

在制备所述电解液时，将去离子水分为5等分，称量好的硅酸钠、六偏磷酸钠和铝酸钠分别用一份去离子水溶解，待分别完全溶解后，将硅酸钠溶液、六偏磷酸钠溶液混合得到主盐溶液，再将铝酸钠溶液平均分2次加入到主盐溶液中，并均匀搅拌。

Claims (5)

1.一种钛合金自润滑复合膜，其特征在于，所述的自润滑复合膜由陶瓷氧化膜与环氧树脂基复合材料涂层组成，并且陶瓷氧化膜制备在钛合金试样的表面，环氧树脂基复合材料涂层制备在陶瓷氧化膜的表面。

2.如权利要求1所述钛合金自润滑复合膜，其特征在于，所述的陶瓷氧化膜含有19.20～24.59％的Ti，50.16～55.38％的O，6.63～8.24％的P，6.98～9.53％Si，7.74～9.46％的Al。

3.如权利要求1所述钛合金自润滑复合膜，其特征在于，所述的环氧树脂基复合材料涂层由环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮配制而成，其中，环氧树脂为20～40g，邻苯二甲酸二乙酯为2～5ml，乙二胺为1～4ml，二硫化钼为10～20g，丙酮为80～120ml。

4.一种制备权利要求1所述钛合金自润滑复合膜的方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤1、试样的光洁度处理：对试样进行光洁度处理，使试样表面光洁度达到Ra<0.8；并用去离子水清洗试样表面；

步骤2、钛合金试样的预处理；钛合金试样的预处理主要包括超声波除油和水洗；

步骤3、对钛合金表面进行微弧氧化处理：在直流脉冲条件下，将预处理后的钛合金试样置于微弧氧化电解液中，并以所述钛合金试样作为阳极，以微弧氧化装置中的不锈钢槽作为阴极，对钛合金表面进行微弧氧化处理；微弧氧化过程中以120r/min的转速对电解液进行搅拌；当钛合金试样表面得到一层致密均匀的陶瓷氧化膜后，清洗并吹干钛合金试样表面，得到表面有陶瓷氧化膜的钛合金试样；

步骤4、涂覆：按组份称量环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮，并配制成环氧树脂基复合材料涂料；通过浸润方式，将所述环氧树脂基复合材料涂料涂覆在陶瓷氧化膜的钛合金试样的表面；涂覆时，以30mm∕min的速率将所述有陶瓷氧化膜的钛合金试样竖直的浸没在环氧树脂基复合材料涂料中并静置5s；静置结束后，以30mm∕min的速率将所述钛合金试样从环氧树脂基复合材料涂料中抽出，竖直悬挂在通风处室温固化24h；

步骤5、反复涂覆：待钛合金试样表面干燥后，重复三遍步骤4的过程，每次重复步骤4涂覆过程后，将试样调转180°；在所述的钛合金试样表面形成了减摩耐磨复合材料涂层，该涂层的摩擦系数为0.06～0.22。

5.如权利要求1所述钛合金自润滑复合膜及其制备方法，其特征在于，在配制所述环氧树脂基复合材料涂料时，将称量好的环氧树脂、邻苯二甲酸二乙酯、乙二胺、二硫化钼和丙酮按环氧树脂→邻苯二甲酸二乙酯→丙酮→填料二硫化钼→乙二胺的次序加入烧杯中，充分搅拌并静置1～2h进行熟化，得到配制好的环氧树脂基减摩耐磨复合涂料。

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