2A12铝合金硬质阳极氧化工艺及复合自润滑膜的研究

发布时间：2017-03-23 16:08

  本文关键词：2A12铝合金硬质阳极氧化工艺及复合自润滑膜的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：铝合金具有许多优异力学、及物理化学性能,因此在国民经济各个领域均有广泛应用。但铝合金固有的硬度低、耐磨性差使其使用寿命大大降低,通过表面处理技术提高其表面性能是铝合金研究的主要方向之一。本文以2A12铝合金为主要研究材料,系统地研究了铝合金硬质阳极氧化工艺以及铝合金硬质阳极氧化复合自润滑膜制备工艺,其研究内容主要包括以下三个方面:(1)以硫酸硬质阳极氧化常用配方(添加甘油10ml/L)和工艺参数为基础,通过改变硫酸电解液浓度、电流密度和氧化时间对2A12铝合金进行阳极氧化,检测膜层厚度和硬度,研究其对硬质阳极氧化膜质量的影响。同时以硫酸浓度、电流密度和氧化时间为影响因素,以氧化膜厚度和硬度为考核指标,应用正交试验分别获得了以厚度及硬度为考核指标的最佳工艺,通过极差分析,获得了不同因素对氧化膜硬度和膜厚的影响重要性程度,最后通过综合分析,确定了既具有较高硬度又具有良好膜厚,表面孔隙率小的硬质阳极氧化工艺,即电解液浓度0.8mol/L、电流密度2.5A/dm2、时间2h。(2)通过在硬质阳极氧化前增加固溶处理工艺,并采用金相显微镜、显微硬度计和扫描电子显微镜分别对不同前处理工艺(2A12铝合金经475℃和505℃固溶处理、505℃固溶加24h自然时效以及505℃固溶加48h自然时效)试样的硬质阳极氧化膜的厚度和硬度进行了检测和观察,测量在3.5%氯化钠溶液中的极化曲线,并与同样硬质阳极氧化工艺条件下纯铝和未固溶的铝合金的膜层进行对比,研究了不同热处理工艺对2A12铝合金硬质阳极氧化的影响。研究表明:在2A12铝合金硬质阳极氧化前增加固溶处理工艺使阳极氧化膜的膜厚、硬度和耐蚀性均有不同程度提高,当固溶温度为505℃时,与未固溶相比,在同样的电解质溶液和工艺参数条件下2A12阳极氧化膜的膜厚、硬度分别从48.61μm、403.8HV0.1、增加到117.73μm、602.7HV0.1;自腐蚀电位由-1.45V提高到-0.63V;自腐蚀电流log(i/A)由-6.42降低到-9.39,膜的质量也大大提高,与未固溶相比,膜胞规整度及点阵排布的连续性均显著好于未固溶试样。(3)采用上述所得最佳硬质阳极氧化工艺对2A12铝合金进行阳极氧化处理,并对其进行溶液为5%磷酸,温度为40℃,扩孔时间分别为30min、40min、50 min、60min的扩孔工艺进行研究。镶嵌的固体润滑剂分别为石墨、二硫化钼,分别采用浸泡、引入超声波场浸泡、电解等沉积方法,对硬质阳极氧化复合自润滑膜制备的工艺进行研究,并利用摩擦系数试验机检测膜的摩擦系数,利用金相显微镜观察并分析磨痕形貌。扩孔工艺的研究表明:随着扩孔时间延长,阳极氧化膜多孔层的孔径在不断增大,但超过一定时间后,孔壁将破碎,造成膜孔的不完整,最佳扩孔时间为50min,此时平均孔径由10nm左右增加到51nm。摩擦系数试验表明,以不同方法沉积石墨或二硫化钼均能有效降低膜层的摩擦系数,其中以石墨电解沉积效果最佳,其摩擦系数为0.1563,与未阳极氧化铝合金的摩擦系数0.6459和单纯硬质阳极氧化的摩擦系数0.5423相比分别降低了75.8%和71.1%;有效地提高了材料的摩擦性能。磨痕形貌观察表明:未阳极氧化铝合金表面出现了较深较宽犁沟形貌并伴有疲劳磨损特征,少数地方有剥落,单纯硬质阳极氧化试样的表面犁沟明显变细变浅,较光滑,而经过石墨电解镶嵌处理的试样表面几乎没有明显的磨痕存在。
【关键词】：硬质阳极氧化 固溶处理 扩孔 电解沉积 自润滑膜
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 绪论13-30
• 1.1 引言13-14
• 1.2 铝合金阳极氧化膜的形成机理与膜层结构14-17
• 1.2.1 铝合金阳极氧化膜的形成机理14-16
• 1.2.2 铝合金阳极氧化膜的结构与性能16-17
• 1.3 铝合金硬质阳极氧化17-25
• 1.3.1 硫酸硬质阳极氧化工艺18-19
• 1.3.2 草酸硬质阳极氧化工艺19-20
• 1.3.3 混合酸硬质阳极氧化工艺20-21
• 1.3.4 影响铝合金硬质阳极氧化的主要因素21-25
• 1.4 铝合金硬质阳极氧化复合自润滑膜25-28
• 1.4.1 铝合金阳极氧化复合自润滑膜原理25-26
• 1.4.2 铝合金阳极氧化复合自润滑膜研究方法26-28
• 1.4.3 阳极氧化滋润滑膜常用自润滑因子28
• 1.5 本课题的主要研究内容和目的28-30
• 2 试验方法30-36
• 2.1 试验材料与试样30
• 2.1.1 试验材料30
• 2.1.2 试样尺寸30
• 2.2 试验过程30-33
• 2.2.1 铝及铝合金硬质阳极氧化30-32
• 2.2.2 固溶及时效处理32
• 2.2.3 阳极氧化复合自润滑膜制备工艺32-33
• 2.3 检测内容与方法33-36
• 2.3.1 膜厚检测33
• 2.3.2 阳极氧化膜硬度检测33
• 2.3.3 氧化膜形貌观察33-34
• 2.3.4 第二相成分检测34
• 2.3.5 氧化膜孔隙率检测34
• 2.3.6 膜层耐蚀性检测34-35
• 2.3.7 自润滑膜膜层摩擦系数检测35
• 2.3.8 磨痕形貌观察35-36
• 3 2A12铝合金硬质阳极氧化优化工艺36-45
• 3.1 单因素试验研究36-39
• 3.1.1 试验方案36
• 3.1.2 硫酸浓度对 2A12硬质阳极氧化膜的影响36-37
• 3.1.3 电流密度对 2A12硬质阳极氧化膜的影响37-38
• 3.1.4 阳极氧化时间对 2A12硬质阳极氧化膜的影响38-39
• 3.2 正交试验设计及结果分析39-42
• 3.3 最佳实验方案的确定42-43
• 3.4 本章小节43-45
• 4 固溶处理对铝合金阳极氧化膜质量的影响45-53
• 4.1 试验方案45-46
• 4.1.1 工艺流程45
• 4.1.2 固溶处理和自然时效处理工艺45-46
• 4.1.3 阳极氧化工艺46
• 4.1.4 检测46
• 4.2 试验结果与分析46-52
• 4.2.1 固溶处理对铝合金硬质阳极氧化膜膜厚的影响46-49
• 4.2.2 固溶处理对 2A12铝合金硬质阳极氧化膜硬度的影响49-51
• 4.2.3 固溶处理对 2A12铝合金耐蚀性的影响51-52
• 4.3 本章小节52-53
• 5 铝合金阳极氧化自润滑膜的制备研究53-65
• 5.1 硬质阳极氧化工艺及氧化膜性能53
• 5.2 扩孔结果与分析53-55
• 5.3 硬质阳极氧化复合自润滑膜结果与分析55-63
• 5.3.1 固体润滑剂55-56
• 5.3.2 沉积方法56
• 5.3.3 硬质阳极氧化复合自润滑膜形貌56-57
• 5.3.4 摩擦系数试验及分析57-62
• 5.3.5 摩擦表面形貌观察与分析62-63
• 5.4 本章小节63-65
• 6 结论65-67
• 参考文献67-72
• 致谢72-73
• 在学期间发表的学术论文及其他科研成果73

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