纳米BN对1060铝微孤氧化膜层性能的影响

发布时间：2019-11-20 04:59

【摘要】：目的探究微弧氧化电解液中纳米氮化硼(BN)浓度对铝微弧氧化陶瓷层组织和性能的影响。方法在硅酸盐体系电解液中加入1~5 g/L不同浓度的纳米BN,制备纳米BN复合微弧氧化层。利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪,分别表征纳米BN复合微弧氧化层的微观组织、元素分布及物相组成。采用涂层测厚仪、粗糙度仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机等手段,研究纳米BN对1060纯铝微弧氧化膜层的厚度、粗糙度、显微硬度、摩擦学性能的影响。结果在微弧氧化BN复合膜的表层有弥散分布的BN颗粒,当电解液中添加3 g/L的纳米BN时,制备的微弧氧化层的性能最好,其表面的孔洞数量最少且孔径最小,膜层表面更加致密,其厚度可达到(93.8±1.9)μm,硬度达到(942±51)HV,粗糙度Ra降低为(3.66±0.14)μm,摩擦系数降低为0.55,磨损体积比未添加BN的膜层减少了1.18×10-2 mm3,并且磨痕平整光滑,裂纹较少。结论硅酸盐电解液中加入纳米BN能够改善1060纯铝微弧氧化膜层的综合性能。
【图文】：

·42·表面技术2017年5月图1不同浓度的BN条件下制备的陶瓷涂层的SEM照片Fig.1TheSEMmorphologyofmicro-arcoxidationcoatingspreparedwithdifferentconcentrationofBN表1不同BN浓度下制备的陶瓷涂层的EDS分析Tab.1EDSpatternsofceramiccoatingspreparedwithdifferentconcentrationsofBNintheelectrolyteat.%(BN)/(gL1)OAlSiBN030.743.3525.9500119.9623.8714.6721.520219.8722.2815.3822.1220.35317.3118.5615.1722.4826.48414.7513.013.4823.6635.11511.7312.478.6635.0832.06还有B、N。基体采用的是1060纯铝，基础电解液是硅酸钠、六偏磷酸钠和氢氧化钾，都不含B、N两种元素，因此可以推断膜层的B、N来自于添加的纳米BN颗粒。纳米BN颗粒进入了膜层，会以什么样的方式存在，还需要用XRD测试方法对其进行进一步分析。图2为电解液中添加不同浓度的BN条件下制备的陶瓷膜层的XRD图谱。通过图2可以看出，无BN添加剂的陶瓷膜层主要由基体1060纯铝、Mullite、a-Al2O3和r-Al2O3相组成。膜层中的铝相来源于基体，由于在微弧氧化过程中击穿放电及其表面有气体析出而形成较多的微孔，当膜层较疏松时，X射线易穿透氧化膜层而测得基体的晶体峰，表现为较强的Al衍射峰[12]。添加纳米BN添加剂的陶瓷膜层出现了BN衍射峰，随着BN添加量的增加，，BN峰先增大后减小，在3g/L时，峰值最大。这说明膜层中的BN并不与电解液中BN添加的量成正比，并且BN未与其他相发生反应生成新相。通过XRD、EDS等测试可知，纳米BN在微弧氧化过程中进入了膜层，并以BN相存在。图2添加不同浓度的BN条件下制备的陶瓷层的XRD图谱Fig.2XRDspectraoftheceramiclayerpreparedbyaddingdifferentconcentrationsofBN2.2微弧氧化陶瓷层厚度、

atternsofceramiccoatingspreparedwithdifferentconcentrationsofBNintheelectrolyteat.%(BN)/(gL1)OAlSiBN030.743.3525.9500119.9623.8714.6721.520219.8722.2815.3822.1220.35317.3118.5615.1722.4826.48414.7513.013.4823.6635.11511.7312.478.6635.0832.06还有B、N。基体采用的是1060纯铝，基础电解液是硅酸钠、六偏磷酸钠和氢氧化钾，都不含B、N两种元素，因此可以推断膜层的B、N来自于添加的纳米BN颗粒。纳米BN颗粒进入了膜层，会以什么样的方式存在，还需要用XRD测试方法对其进行进一步分析。图2为电解液中添加不同浓度的BN条件下制备的陶瓷膜层的XRD图谱。通过图2可以看出，无BN添加剂的陶瓷膜层主要由基体1060纯铝、Mullite、a-Al2O3和r-Al2O3相组成。膜层中的铝相来源于基体，由于在微弧氧化过程中击穿放电及其表面有气体析出而形成较多的微孔，当膜层较疏松时，X射线易穿透氧化膜层而测得基体的晶体峰，表现为较强的Al衍射峰[12]。添加纳米BN添加剂的陶瓷膜层出现了BN衍射峰，随着BN添加量的增加，BN峰先增大后减小，在3g/L时，峰值最大。这说明膜层中的BN并不与电解液中BN添加的量成正比，并且BN未与其他相发生反应生成新相。通过XRD、EDS等测试可知，纳米BN在微弧氧化过程中进入了膜层，并以BN相存在。图2添加不同浓度的BN条件下制备的陶瓷层的XRD图谱Fig.2XRDspectraoftheceramiclayerpreparedbyaddingdifferentconcentrationsofBN2.2微弧氧化陶瓷层厚度、硬度及粗糙度表征图3为不同浓度BN对膜层厚度的影响。通过图3可以看出，未添加纳米BN的陶瓷膜层厚度为（68.5±3.3）μm，添加1g/LBN的膜层厚度增加到（76.2±2.0）μm。这是由于随着纳米氮化硼颗粒加入到电解液中，?

【参考文献】

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本文编号：2563413