6061铝合金耐蚀微弧氧化膜的低能耗制备及其成膜机制的研究

发布时间：2020-06-06 18:21

【摘要】：微弧氧化技术具有工艺简单、膜层性能优越、对环境污染小等特点,在铝、镁、钛等合金的表面改性方面具有广阔的应用前景。但是,微弧氧化处理需要在高电压和高电流密度下进行。因此高能耗成为限制其大规模工业化应用的主要因素。研究发展低能耗的微弧氧化处理工艺成为当前行业迫切的需求。本文采用微弧氧化方法在6061铝合金上制备耐蚀微弧氧化膜层,通过基础电解液和微弧氧化工艺参数优化、电解液添加剂和样品表面预处理三种途径来对其微弧氧化过程进行调控,成功探索出一条可行的低能耗微弧氧化处理工艺。本文采用正交试验方法对Na3P04-Na2Si03复合体系的基础电解液进行优化试验。以膜层厚度和耐蚀性为评价指标确定了最佳的微弧氧化电解液成分为30g/L Na3PO4,10g/L Na2SiO3,2g/LNaOH。在此基础上通过正交试验方法对其微弧氧化各项工艺参数进行了优化。确定了最佳的微弧氧化工艺参数为电流密度10A/dm2,频率800Hz,占空比40%。以高锰酸钾作为微弧氧化电解液添加剂,对微弧氧化膜层结构、性能和成膜机理进行了研究。发现适量高锰酸钾的添加(2.5g/L)能够提高膜层生长速率,降低微弧氧化过程中的工作电压,从而降低了微弧氧化过程中的能耗(仅为1.78 kw.h/(m2·μm))。溶液中的锰元素参与微弧氧化膜层的生成,并在膜层中生成锰的氧化物。高锰酸钾的添加改变了微弧氧化的成膜机制,使微弧放电趋向于发生在微弧氧化内层和外层之间的界面区(即发生D型放电),减少膜层中空腔和多孔界面区的产生,提高了膜层的致密度,并生成堵塞放电通道的物质,从而提升了膜层的耐蚀性。采用阳极氧化预处理方法改变微弧氧化样品的原始表面状态,研究了阳极氧化预处理对微弧氧化膜层厚度、微结构、成分及性能的影响。阳极氧化预制膜代替了微弧氧化前期生成的高阻抗膜层,提高了微弧氧化的起弧电压和工作电压,同时阳极氧化预制膜在微弧氧化过程中被转化成了微弧氧化膜层,从而提高了膜层的生长速率,降低了微弧氧化过程中的能耗。适当的阳极氧化预处理能够提高膜层耐蚀性。在150g/L硫酸溶液中进行阳极氧化预处时,最佳的阳极氧化预处理工艺为:直流电压20V,处理时间1Omin,其能耗值约为1.52 kw·h/(m2·μm)。
【图文】：

微弧氧化电源，，一台大功率低温水浴机和一个容量５Ｌ的电解池。其中脉冲电源逡逑最高电压可达７５０Ｖ，最大输出电流１０Ａ，频率５０？２０００Ｈｚ可调。以３０４不锈逡逑钢作为阴极。微弧氧化设备如图２－１所示。逡逑－－ｈ逡逑ｉ逦Ａ逦ｒ逦阴：及逡逑＝＊逦试样逡逑微弧氧化电源逦ｕ逡逑’邋１＾？电解＇液匕Ｊ声＂逡逑冷却Ｚ逡逑图２－１微弧氧化设备示意图逡逑制备铝合金微弧氧化膜层过程及性能测试中所用到的主要仪器设备基本信逡逑息如表２－３所示。逡逑逦表２－３实验仪器逦逡逑设备名称逦型号规格逦供应商逦逡逑金相试样预磨机逦ＹＭ－２Ａ逦上海金相机械设备有限公司逡逑数字式ＰＨ计逦ＰＨＳ－２Ｃ逦上海日岛科学仪器有限公司逡逑微弧氧化电源逦ＳＯＹＩ－７５０１０ＤＭ逦上海索宜电子科技有限公司逡逑直流稳压电源逦ＬＷ－６４０５ＫＤＳ逦香港龙威仪器仪表有限公司逡逑低温恒

变样品的阳极氧化预处理工艺，在样品表面制备预制膜层，然后再进行微弧氧化逡逑处理。研宄不同的阳极氧化预处理工艺对微弧氧化过程和膜层的影响。具体的研逡逑宄方案如图２－２所示。逡逑６０６１铝合金微弧氧化基础电解液配方逡逑的优化逦逡逑６０６１铝合金微弧氧化工艺参数的优化Ｕ逡逑逦逦ｓ逦表征逦，逦逦逡逑逦４逦１逦与性数据结论逡逑添加高锰酸钾对６０６１铝合金微弧氧化Ｉ撕邋逦逡逑过程及膜层的影响逦＿逡逑逦逦逦１＾逡逑阳极氧化预处理对６０６１铝合金微弧氧逡逑逦化过程及膜层的影响逦逡逑图２－２实验流程图逡逑１５逡逑
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4;TG146.21

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本文编号：2700077