微弧氧化膜孔形成及复合膜层减磨性的研究

发布时间：2020-07-12 00:05

【摘要】：铝、镁、钛及其合金是实现产品轻量化设计的理想材料,已经引起了高度重视。利用微弧氧化技术对其进行表面改性处理,可以在其表面制备具有高硬度、高耐磨性的陶瓷膜层。然而利用微弧氧化技术制备的陶瓷膜层不具有减磨性能,在使用过程中严重影响材料摩擦学性能。因此,提高微弧氧化膜层的减磨性能具有重要意义。微弧氧化膜表面的微孔(简称,膜孔)可以作为减磨材料的存储单元。本文通过研究膜孔的形成机制,以期达到控制膜孔的大小、结构、孔隙率来构建理想孔隙的目的。通过调整孔的大小、结构、孔隙率来控制微弧氧化膜层的硬度,增加减磨材料的存储量以及加强减磨材料与微弧氧化膜的结合力。制备硬度适宜、结合力强、减磨性好的微弧氧化-减磨复合膜层。为了实现对膜孔的大小、结构和孔隙率的有效控制,研究了膜孔的形成机制,将膜孔形成分为三个阶段:微弧氧化膜层内等离子体源的形成、等离子体生长发展、等离子体喷发流动形成膜孔。研究微弧氧化膜孔形成过程中的起始阶段微弧氧化绝缘膜层的导通机理,认为场致电子发射是微弧氧化绝缘膜层导通的原因,分析了等离子体源形成机理。研究了膜孔形成前期等离子体的生长、发展机制。分析了等离子体中带电粒子的形成机制。分析了同种电荷之间的库伦散射效应对膜孔形成的作用机制。分析了外加强电场形成的电场力,以及由电场激发的磁场作用力。研究了外加强电场对点电荷的分离机制,这种分离机制有效的促进了点电荷之间的库伦散射效应对膜孔形成的作用机制。研究了磁场磁箍缩效应对膜孔形成的作用机制。分析了等离子体振荡对膜孔形成的作用机制。对膜孔形成过程中的热量传递机制进行了分析,分析了膜孔形成过程中的相变现象以及膜孔形成过程中的能量耗散问题,建立了等离子体的生长发展模型。研究了膜孔的形成机制,膜孔形成前期等离子体喷发流动形成膜孔。等离子体喷发流动的根源是膜孔内存在热压力,分析了热压力的形成机制,对热压力在膜孔形成过程中的耗损方式进行分析,建立了热压力耗散数学模型。研究了等离子体流动的流型以及等离子体流动的特点。等离子体流动是湍流流动。研究了等离子体湍流流动的强化机制。建立了微弧氧化膜孔形成的物理模型。分析了微弧氧化膜孔形成的影响因素,包括电参数、电解液、掺杂粒子对膜孔形成的影响。基于微弧氧化膜孔的形成机制,对微弧氧化膜孔进行调控,分别采用调整微弧氧化电参数和在电解液中添加纳米粒子添加剂的方法对基体材料进行微弧氧化处理,对微弧氧化膜孔的结构、大小、孔隙率进行调控。研究了电参数和纳米粒子添加剂对膜孔的大小、结构和孔隙率,微弧氧化膜层的表面粗糙度,膜层厚度、膜层相成分的影响规律,研究表明,调整微弧氧化工艺可以实现对微弧氧化膜孔大小、结构和孔隙率的调控。微弧氧化膜层形成后,使用浸渍涂覆工艺,在微弧氧化膜孔中沉积减磨材料,两步法来制备微弧氧化-减磨复合膜层。研究了膜孔大小、结构和孔隙率对微弧氧化膜层与基体的结合力以及减磨材料与微弧氧化膜层的结合力的影响规律。研究表明,调整膜孔的大小、结构和孔隙率,可以实现对减磨材料与微弧氧化膜层之间结合力的调控。研究了微弧氧化-减磨复合膜层的减磨性能,对比分析了微弧氧化膜层、微弧氧化-减磨复合膜层的摩擦系数、磨痕形貌、磨损率,并分析了微弧氧化-减磨复合膜层的磨损机制。分析发现微弧氧化-减磨复合膜层展示了优异的摩擦学性能。提出了通过控制微弧氧化膜层表面的孔隙结构和孔隙率来改善微弧氧化膜层减磨性以及减磨材料与微弧氧化膜层之间结合力的方法。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4
【图文】：

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【参考文献】