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本文针对钛合金与有机涂层结合性能差的问题,研究了钛合金表面化学转化膜的制备工艺。根据选定的转化液基础配方,以转化膜膜重、转化膜与漆膜的结合力为评价指标,采用正交试验及单因素试验对转化液成分、转化工艺进行了优化;通过电位-时间曲线对转化膜生长过程进行了研究;在钛合金化学转化过程中,以转化液中磷酸根离子和氟离子的消耗量为指标调整转化液;采用SEM、EDS、XRD研究分析化学转化膜的表面形貌和成分,结果表明:在Na3PO4·12H2O 40 g/L,NaF 20 g/L,酸度调节剂25mL/L,p H值4.4~4.8,温度30℃条件下,对TC1钛合金转化处理6min,对TC4钛合金转化处理8min可以分别在其基体上获得一种灰黑色均匀的膜层,该化学转化膜经过100℃烘干处理30min后可进一步提高其与漆膜的结合力。测试结果表明:TC1、TC4钛合金化学转化膜试样与航空常用漆TB06-9底漆干法结合力、湿法结合力分别达到0级、1级;TC1、TC4钛合金表面化学转化膜试样分别通过了120h、144h盐雾实验;TC1化学转化膜试样的含氢量较基体增加了25.86 ppm,TC4增加了4.28ppm,二者均小于30ppm,满足钛合金零件使用规定;该化学转化工艺处理不会损伤钛合金的疲劳性能,甚至还略有提高。本文确定了连续加工过程中化学转化槽液中主要成分PO43-、F-、总酸度及Ti4+的分析及补加方法,并进行了生产验证。Na3PO4、Ti4+含量变化均可通过分光光度法测定;NaF浓度变化可采用直接电位法分析;总酸度变化可以通过酸碱滴定法确定。电位-时间曲线表明:转化45s之后转化液中Ti4+浓度上升到转化膜生长所需浓度,转化膜开始生长;随着Ti4+的消耗生长速度开始下降,600s后膜层生长溶解达到平衡,膜层不再生长,这与测试得到的膜层生长速率曲线相符合。SEM结果表明:钛合金化学转化膜由许多细小的球状晶粒组成,膜层结晶均匀、晶粒大小相近,同时晶粒之间存在微小的间隙。此结构既能保证膜层具有良好的表面形态,同时微间隙的存在有助于提高化学转化膜与漆膜的结合力;XRD结果显示:转化膜出现了大量的Na3TiOF5相和Na2TiF6相,且Na3TiOF5相衍射峰的数量和峰值高于Na2TiF6相,即膜层中Na3TiOF5相含量略高。