铝合金表面蛇纹石复合微弧氧化陶瓷膜层制备及性能研究

发布时间：2021-08-03 12:03

　　铝合金活塞在服役过程中工作环境恶劣,不但要承受高温高压,而且要克服摩擦磨损以及强腐蚀等条件。然而铝合金表面硬度低、易磨损、耐腐蚀性差等缺陷限制了铝合金活塞的进一步应用。因此,对铝合金活塞表面进行强化处理,对于提高柴油机缸套-活塞组件的可靠性具有非常重要的意义。通过微弧氧化技术可以在铝合金表面原位生长一层具有硬度高、耐磨损、耐腐蚀等性能的陶瓷层,在电解液中添加蛇纹石微纳米颗粒,有望制得具有自修复功能的复合陶瓷层。为此,本文在铝合金活塞制造材料（高硅铸造铝合金）ZL109铝合金表面制备蛇纹石复合微弧氧化陶瓷膜层。首先,优化制备蛇纹石复合微弧氧化陶瓷膜层的工艺参数。然后,探究蛇纹石对微弧氧化陶瓷膜层结构、成分和性能的影响。最后,采用蛇纹石复合微弧氧化陶瓷膜层与铸铁摩擦副进行摩擦磨损试验,探究蛇纹石复合微弧氧化陶瓷膜层对铁基金属摩擦副的自修复性能。结果显示:本文试验条件下,制备蛇纹石复合微弧氧化陶瓷膜层优化后的工艺参数为,电解液成分及浓度:Na2SiO310g/L,（NaPO3）6 30 g/L,KOH5g/L;电参数:单向恒流模式,正向电流8 A,频率500 Hz,占空比20%;蛇纹石添加浓... 

【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【图文】：

图２．２蛇纹ＴＴ微纳米颗粒粒度??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ｓｉｚｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ?ｍｉｃｒｏ－ｎａｎｏ?ｐａｒｔｉｃｌｅｓ??

??本论文试验所用微弧氧化装置系统简图如图２．３所示。该系统由微弧氧化电源、??不锈钢电解槽、搅拌装置、电解液冷却系统及其他辅助设备组成。其中微弧氧化??电源采用由哈尔滨工业大学自行研制的ＷＨＤ－２０型双极性微弧氧化脉冲电源。该??电源采用自动触摸式操作平台，方便调节和设置各种电参数，可选择恒压、恒流??和恒功率等多种模式进行试验。正向电压和电流、负向电压和电流、频率、正向??脉冲宽度、负向脉冲宽度及试验时间均可独立调节，并且可进行分段参数设置。??实验中用到的其他测量仪器仪表见表２．３。??２．?２．?２试验方案???１?试样预处：Ｂｊ￣１??〔?微弧氧化??１?配置电解液?１??ｒｉ?丨?、式验?１??＾??ｊ?电解液?］??优化工艺参数ｊ?１?电参数?１???１微纳米颗粒浓度｜???１?厚度?￣￣￣１??＼／??１?粗糙浚?￣｜??／？?＼??１?表面形貌??结构和性能分析??．．＝?＾??Ｖ?１成分和柄组成｜??－Ｉ??１?耐腐蚀性能￣￣￣１???１?耐磨损性能?Ｉ??Ｏ?丨…」?????１摩擦磨损试ｉ￣￣｜??验证自修？?）?１?测试分析￣￣￣１???１?表征自修貨￣￣??图２．４试验路线结构示意图??Ｆｉｇ．?２．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｅｓｔ?ｒｏｕｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??本论文试验采用微弧氧化技术，在未添加和添加蛇纹石微纳米颗粒的电解液??中，以铝合金试样为阳极不锈钢电解槽为阴极进行试验，在ＺＬ１０９铝合金表而原??位生长陶瓷层。首先在不Ｎ电源模式下

??量明显减少但孔径增大，并且膜层表面粘附了大量颗粒（如图３．２?（ｂ）和图３．２?（ｃ）??中箭头所示）。??ｍｕｍ??ａ）双向恒压?ｂ）单向恒压?Ｃ）单向恒流??图３．?２不同电源模式下添加１０?ｇ／Ｌ蛇纹石微纳米颗粒制得的微弧氧化膜层的表面形貌??Ｆｉｇ．?３．２?Ｓｕｒｆａｃｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ?ｏｆ?ＭＡＯ?ｃｏａｔｉｎｇｓ?ｐｒｅｐａｒｅｄ?ｗｉｔｈ?１０?ｇ／Ｌ?ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ?ｍｉｃｒｏ??ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍｏｄｅｓ??图３．３为上述３种模式下制得的微弧氧化膜层对应的能谱图。从图屮可以发现??笮向恒压和单向恒流模式下制得的微弧氧化膜层能谱图中，Ｍｇ和Ｓｉ元素的质量??百分数明显高于双向恒压模式下制得的微弧氧化膜层。说明单向恒压和单向恒流??模式下制得的微弧氧化膜层的蛇纹石含量明显高于双向恒压模式下制得的微弧氧??化膜层。由此可以推断单向恒压和单向恒流模式下制得的微弧氧化膜层表面粘附??的颗粒ＫＴ能为蛇纹石颗粒。??０???????６???６????：?厂ｒ?＝?：?Ｉ?｜＇ｒ?＝?：?ｆ?，＝??Ｉ?Ｓ，?７?２９?１??１〇＾５

【参考文献】：
期刊论文
[1]磷酸盐浓度对5083铝合金微弧氧化膜组织与耐腐蚀性能的影响[J]. 王红美,尹艳丽,杜军,邱骥,马世宁.  中国表面工程. 2016(05)
[2]α-Al2O3微粒对铸造Al-Si合金微弧氧化膜耐蚀性的影响[J]. 赵晴,周永峰,周海飞,钱洲亥,祝骊伟,王帅星,杜楠.  表面技术. 2016(03)
[3]铝合金微弧氧化制备含二硫化钼的减磨膜层[J]. 李苍昊,阎峰云.  中国铸造装备与技术. 2015(05)
[4]纳米SiC对AZ91D镁合金微弧氧化膜微观结构及性能的影响（英文）[J]. 王淑艳,司乃潮,夏永平,刘莉.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(06)
[5]Effects of Al2O3 Nano-additive on Performance of Micro-arc Oxidation Coatings Formed on AZ91D Mg Alloy[J]. Yan Wang,Dongbo Wei,Jie Yu,Shichun Di.  Journal of Materials Science & Technology. 2014(10)
[6]纳米α-Al2O3添加剂对铝合金微弧氧化膜层性能的影响[J]. 黄丹,张晓燕,吴德凤.  表面技术. 2014(04)
[7]γ-Al2O3转化为α-Al2O3的热力学分析[J]. 史建公,刘志坚,李卫红,罗道威,张毅,张敏宏.  化学世界. 2014(07)
[8]铝合金表面微弧氧化技术的研究现状及展望[J]. 陈喜娣,蔡启舟,尹荔松.  轻合金加工技术. 2014(07)
[9]交流电电流密度对铝合金微弧氧化陶瓷膜生长的影响[J]. 马晋.  热加工工艺. 2014(12)
[10]2A12铝合金微弧氧化陶瓷层的电化学腐蚀行为[J]. 孙志华,刘明,王志申,国大鹏,陆峰,汤智慧.  腐蚀与防护. 2014(04)

博士论文
[1]AZ91D镁合金微弧氧化—溶胶凝胶复合膜层制备及其耐蚀性[D]. 尚伟.中南大学 2011
[2]铝合金微弧氧化陶瓷层的形成机制及其磨损性能[D]. 李均明.西安理工大学 2008

硕士论文
[1]铝合金自润滑微弧氧化陶瓷层的制备与研究[D]. 刘泽泽.大连海事大学 2017
[2]微弧氧化技术实验设备的研制及其反应机理研究[D]. 赵拯.清华大学 2015
[3]微弧氧化法钛合金表面有色膜层制备及热稳定性研究[D]. 胡冰.哈尔滨工业大学 2014
[4]铝合金微弧氧化陶瓷层的制备及其耐蚀性的研究[D]. 刘培宇.燕山大学 2011
[5]磷酸盐对蛇纹石的分散作用研究[D]. 丁鹏.中南大学 2011
[6]蛇纹石添加剂对45钢/镀铬摩擦副磨损自修复实验研究[D]. 石磊.燕山大学 2011
[7]以蛇纹石为原料制备陶瓷涂层的实验研究[D]. 李合.中国地质大学（北京） 2006



本文编号：3319587