铝合金微弧氧化—电泳复合涂层耐腐蚀性能的研究

发布时间：2019-09-27 04:38

【摘要】：铝是地球上含量最丰富的金属元素,铝及其合金具有密度小、导电性好、导热性好、比强度高等特点,在航空、航天、海洋运输、汽车、建筑等领域中广泛应用。铝在空气中可以生成有一定防护作用的A1203钝化膜,但该钝化膜很薄,很容易被外力破坏,而且在海洋及其他恶劣的环境中,钝化膜又很容易被腐蚀,无法为铝及其合金提供持久保护。因此对铝及其合金表面防护的研究,具有非常重要的理论和实际意义。本文采用微弧氧化的方法,在2A02硬铝合金表面生成一层氧化物陶瓷膜,其相组成为α-Al2O3和γ-Al2O3,具有硬度高、耐腐蚀、耐高温的特点,可以提高铝合金的耐腐蚀性、抗高温性和耐磨性。微弧氧化陶瓷膜表面致密度高,厚度可达20μm,可以很好的隔绝铝合金基体与腐蚀介质发生接触,从而对基体进行保护。研究表明,微弧氧化陶瓷膜相比铝合金在海水腐蚀试验及盐雾试验中的耐腐蚀性能均有一定的提高,陶瓷膜在腐蚀介质中主要发生点蚀。研究正向电参数、负向电参数、微弧氧化时间对陶瓷膜性能的影响,实验结果表明：正向电参数不断发生击穿,促进陶瓷膜的生长；负向电参数可以均衡溶液内各处的离子浓度,稳定正脉冲放电效果,提高电流密度和正脉冲能量,负向电参数还可以溶解放电产物,提高陶瓷膜表面质量。正负电参数共同作用可以增加陶瓷膜厚度,减小孔隙率,生成性能优良的陶瓷膜,但负向脉冲参数应略小于正向脉冲。陶瓷膜性能与脉冲做功的总能量相关,即微弧氧化反应时间与单个脉冲能量的乘积。在电解液中添加分散剂六偏磷酸钠(NaPO3)6和稳定剂丙三醇(C3H8O3),可以提高溶液中离子的均匀性、微弧氧化反应的稳定性和正脉冲放电能量,使陶瓷膜孔隙率降低,厚度增加。添加剂中的PO3-离子与电击穿产生的Al3+离子发生反应,在陶瓷膜中生成粘结剂AlPO4,提高了陶瓷膜的力学性能,增加了基体与腐蚀介质的隔离作用,陶瓷膜的耐腐蚀性能进一步提高,腐蚀速率下降。采用电泳Al(NO3)3的方式对陶瓷膜进行封孔,在陶瓷膜表面沉积一层的Al2O3膜层,完全覆盖陶瓷膜的表面,并与陶瓷膜产生机械啮合,生成复合涂层。通过正交试验,获得最佳电泳封孔工艺参数为：双脉冲,频率200Hz,正负脉冲工作比40%,封孔电压为85V,电解液浓度20g/L,封孔时间30min,电流密度为35～40mA/cm2,获得的复合涂层厚度可达60μm,表面孔隙率为2个/mm2,接近于零,经300h中性盐雾实验、海水浸泡实验和电化学分析实验分析,试验结果表明复合涂层在海水中的腐蚀速率为0.0046g/(m2·h),约为陶瓷膜的1/4,在盐雾试验中的腐蚀速率为0.0026g/(m2·h),约为陶瓷膜的1/5。2A02铝合金通过微弧氧化处理,添加(NaPO3)6和C3H8O3改性,电泳封孔,获得微弧氧化-电泳复合涂层,电泳涂层一层厚度约为25μm的γ-Al2O3,底层为微弧氧化陶瓷膜,复合涂层厚度在60μm左右,孔隙率小,可以很好的隔离基体与腐蚀介质接触,起到保护铝合金的作用。
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG178

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