铝合金微弧氧化膜生长机制及性能研究

发布时间：2017-12-09 13:32

  本文关键词：铝合金微弧氧化膜生长机制及性能研究

  更多相关文章： 铝合金微弧氧化 生长机理 复合膜 ZrO_2沉积机理 耐蚀性 耐磨性

【摘要】：微弧氧化膜因其良好的耐磨、耐腐蚀等特性,广泛应用航空、航天等领域。为了进一步研究微弧氧化成膜机理及膜层性能,通过在Na_2SiO_3-Na_5P_3O_(10)-CH_3COONa电解液体系中,对纯铝进行微弧氧化,分别制备出微弧氧化膜和微弧氧化/ZrO_2复合膜。通过SEM观察膜层表面、微弧氧化膜中间层、膜/基界面及截面的形貌,利用EDS和XRD分别对元素及物相进行分析,初步摸索膜层的生长机理及第二相粒子的沉积机理。在理论研究的基础上,制备含有α-Al_2O_3微粒的铸造Al-Si合金微弧氧化膜,并研究其耐磨性与耐蚀性。研究结果表明:纯铝微弧氧化膜的生长是双向进行的。初始时膜层以向外生长为主;而在中后期,膜层向外向内同时生长,但向内生长起主导作用。通过膜层表面、微弧氧化中间层及膜/基界面可以看到整个膜层中存在着尺寸相当、贯通的放电通孔,并且界面形貌不断变化。初步认为在微弧氧化过程中,高温高压使得放电区域形成温度较高的熔池,熔池的产生不断地改变基体。而生成的熔融产物中,有的直接沉积下来,替代被消耗掉的基体,有的随放电通道喷射出去,于膜层中形成通孔和孔洞。通过建立微弧氧化膜层生长模型,诠释膜层双向的生长方式,形貌及结构的变化、放电通孔及熔池的存在以及两者对膜层生长的重要性。通过计算得到从外到内微弧氧化/ZrO_2复合膜三个平面上ZrO_2平均含量分别为17.64%、6.85%及7.17%。微弧氧化初期,由于阳极氧化膜层较薄,颗粒嵌入膜层较容易,使得颗粒与颗粒之间形成薄弱区域。试样表面开始出现火花时,颗粒间的阳极膜首先被击穿放电形成熔池,熔融物质在高温高压的作用下向外喷射将颗粒覆盖,且随着膜层的变厚,ZrO_2颗粒不断地被放电产生的熔池所捕捉而进入膜层。根据以上结论初步建立ZrO_2颗粒沉积模型为:首先参与阳极氧化膜的成膜过程,改变膜层结构;中后期沉积主要通过放电通孔、熔池的捕捉共同作用进入膜层。α-Al_2O_3微粒改变了铸造Al-Si合金微弧氧化膜的组成及结构,同时提高了其耐磨和耐蚀性。未添加α-Al_2O_3微粒时,膜层呈多孔结构,主要相结构为γ-Al_2O_3。加入α-Al_2O_3微粒后,复合膜致密性大幅提高,表面粗糙度Ra降低。复合膜与GCr15对磨时的摩擦系数仅为0.20~0.25;摩擦后,表面只有微少磨损斑点,比磨损率为0.77×10~(-6) mm3?N~(-1)?m~(-1),仅为基体的14%和微弧氧化膜的65%。另外复合膜的孔隙结构电阻Rp、致密结构电阻Rb均大于微弧氧化膜的Rp及Rb;自腐蚀电流密度为4.23×10~(-6) A·cm~(-2),比微弧氧化膜约低了1个数量级;在盐雾试验中可通过1440h,而微弧氧化膜只达到1200h。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4

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本文编号：1270582