多孔阳极氧化铝自润滑薄膜制备及其摩擦性能研究

发布时间：2020-04-02 03:23

【摘要】：铝及其合金材料由于其优异的力学性能及可加工性,近年来得到了非常广泛的应用。阳极氧化是目前对铝及其合金应用最为广泛的表面改性技术。本文以铝为主要材料,系统地研究了大孔间距PAA膜的制备工艺及PAA-MoS_2复合自润滑膜的沉积工艺。主要研究内容包括以下几个方面:利用两步氧化法,第一步在草酸中利用缓慢升压法制备有一定规则性的PAA膜,并保留其底部微孔;第二步在酸性较弱的磷酸中直接施加氧化电压,以得到膜表面可被直接利用的PAA膜。通过研究散热方式,溶液浓度等主要因素的影响,优化膜制备工艺,最终得到了规则的大孔间距PAA膜。对其表面形貌进行研究,发现孔间距随氧化电压而改变。草酸制备中,电压每增大10V,孔间距平均增大28.7 nm。第二步磷酸制备时,电压每增大10V,孔间距平均增大29.9 nm。在35℃,5%磷酸溶液的条件下,扩孔十分钟,孔径平均增大24.16 nm。通过超声沉积,电泳沉积两种方式,在PAA膜表面制备了MoS_2自润滑薄膜。对比发现,电泳沉积的制备效果更佳优越。对PAA膜进行力学性能测试,发现PAA膜随着孔径的变大而变小,也随着孔间距的增大而变小。对不同形貌PAA膜复合自润滑膜后进行耐磨性测试,发现在孔间距一定时,摩擦系数随着孔径的变大而降低;在孔隙率一定时,复合膜的耐磨性却随着孔间距的增大先升高后降低。孔间距280nm时,复合膜的耐磨性最好。对不同工艺制备的PAA膜进行耐蚀性测试,发现PAA膜可有效提高Al的耐腐蚀性。不同电压制备的PAA膜,孔隙率较低的偏向较好的耐腐蚀性;孔隙率较大,则耐腐蚀性普遍较差。较大的孔径可使PAA膜耐蚀性急剧下降,甚至不如纯Al的耐蚀性。但在孔中沉积MoS_2,则可增强PAA膜的封孔效果,增强耐蚀性。
【图文】：

示意图,示意图,氧化物,溶解过程

西南交通大学硕士学位论文第（1）场助氧化模型[18]。电场支持下的溶解模型 O’Sullivan 和 Wood 等提认为铝的阳极氧化过程是两个过程的平衡：即氧化铝在金属/氧化物界过程和氧化铝在氧化物/电解液界面的溶解过程相平衡。如图 1-1 所示氧化初期，阻挡层厚度变大，当达到一定的临界值时，孔底部电流提加使得溶解过程更强烈。同时，孔底部的快速溶解又导致电场进一步场和溶解作用下，，Al3+向外迁移、O2-和 OH-向内迁移，同时，新的势属/氧化物界面不断形成。当势垒层的溶解和生长达到动态平衡，氧化定生长。

示意图,模型应力,体积膨胀,模型

图 1-1 场助氧化模型示意图膨胀应力模型(Volume expansion stress mod]提出。如图 1-2，在稳态氧化过程中，Al 的升高，其体积密度由 2.7 g/cm3转变为 4.0 g/c械应力作用。机械应力作用使得整个氧化膜结各个孔就按照六角密排方式排列。这一模型孔生长过程中的作用，但是此模型忽略了电场
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.451

【参考文献】