石墨烯对7050高强铝合金微弧氧化陶瓷膜层组织性能的影响
发布时间：2021-06-01 02:56
为解决7050高强铝合金在海洋环境中的腐蚀、磨损问题,设计了涂层结构以延长其使用寿命。采用微弧氧化（MAO）技术,以硅酸盐为主要电解液成分,通过加入不同浓度的石墨烯添加剂,在7050高强铝合金表面制备含石墨烯的陶瓷膜层。利用扫描电镜（SEM）、体视显微镜、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、涂层附着力自动划痕仪以及电化学工作站,研究含石墨烯的MAO陶瓷膜层形貌、粗糙度、相组成和元素分布、结合力以及耐蚀性。结果表明:石墨烯添加剂的加入使得陶瓷膜层表面微孔尺寸降低、结构致密,且主要是由α-Al2O3、γ-Al2O3组成;当石墨烯添加剂浓度为10 g/L时,MAO陶瓷膜层粗糙度最低,为857. 835 nm,且结合力最好,达到46 N;膜层的腐蚀电位最大,腐蚀电流最小,耐腐蚀性最好。
【文章来源】：兵工学报. 2020,41(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
石墨烯固体粉末微观形貌图(放大10 000倍)
图3所示为不同浓度石墨烯添加剂时MAO膜层的微观形貌，表2所示为不同浓度石墨烯下MAO膜层的平均粗糙度。从图2中可以看出，MAO膜层表面是由许多类似于火山堆状的物质堆积而成的。这是因为放电通道中反应所生成的气体压力和放电压力升高，导致部分熔融氧化铝从放电通道喷射而出，经电解液的激冷作用快速凝固堆积，在陶瓷层内部的熔融氧化物从放电微孔喷射-凝固的特征形貌[17]，如图3中圆圈所示。由图1石墨烯微观形貌图可以判断，图3中方框所示薄片为石墨烯。从图3(a)中还可以看出，MAO膜层的微孔直径较大，在3.05～5.56μm之间，孔径尺寸变化大是因为MAO膜层表面薄弱区域的连续击穿放电，导致微孔尺寸的增大和扩展。从图3(b)、图3(c)、图3(d)、图3(e)中可以看出，在电解液中添加石墨烯所制备的含碳陶瓷层表面虽依然呈现类似火山喷发堆积而成的微观形貌，但其表面微孔直径明显减小。而且可以看到部分微孔已被生成的氧化物堵塞，有利于MAO膜层耐蚀性的提高。当石墨烯浓度为10 g/L时孔径尺寸最小，在0.25～1.56μm之间，且此时粗糙度达到最低857.83 nm．这是因为石墨烯浓度增加使电解液的电导率升高，在电源恒流工作模式下，加载到膜层两端的电压升高，但由于放点火花数量的急剧增加，导致单火花放电的持续时间变短和自身体积变小。因此单火花放电所产生的热能仅能熔融部分在膜层与基体界面处形成新的氧化物，导致在陶瓷层表面形成的微颗粒和微孔尺寸变小，进而使得陶瓷层表面粗糙度降低[18-20]。当石墨烯浓度再次增加时，微孔直径变化开始增大，粗糙度也开始增加(见图3(e))，表明石墨烯浓度的选择应在一个合理范围内，过高的石墨烯浓度会使大量石墨烯颗粒弥散于试样表面，部分会分布于放电通道中，阻碍微弧氧化反应。图3 不同浓度石墨烯添加剂下MAO膜层的微观形貌(放大1 000倍)
不同浓度石墨烯添加剂下MAO膜层的微观形貌(放大1 000倍)
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯对Ag/AgCl电极水下电场探测性能的影响研究[J]. 李红霞,宋玉苏,王烨煊,陈闻博. 兵工学报. 2019(12)
[2]脉冲频率对7050高强铝合金微弧氧化膜层的影响[J]. 宗玙,宋仁国,花天顺,蔡思伟,王超,李海. 航空学报. 2019(11)
[3]电解液温度对AZ31B镁合金黑色微弧氧化膜的影响[J]. 朱枝胜,李文芳,易爱华,杜军,祝闻,廖忠淼. 表面技术. 2019(03)
[4]微弧氧化技术的发展及其应用[J]. 宋仁国. 材料工程. 2019(03)
[5]2024铝合金表面陶瓷基氧化膜的制备及性能[J]. 马国峰,刘志杨,张丽桌,董世柱,贺春林. 沈阳大学学报(自然科学版). 2019(01)
[6]含石墨烯纳米片电解液中电流密度对2024铝合金微弧氧化膜性能的影响[J]. 唐誉豪,向东,李东豪,王雷,王平,韩培冬. 表面技术. 2018(07)
[7]微弧氧化对7050铝合金腐蚀行为的影响[J]. 庄俊杰,张晓燕,孙斌,宋仁国,李海. 工程科学学报. 2017(10)
[8]化学法制备石墨烯对环氧树脂导电性能的影响[J]. 王国建,戴进峰,马朗. 同济大学学报(自然科学版). 2014(09)
[9]1060铝合金微弧氧化黑色陶瓷膜显色特性及着色机理[J]. 郝建民,魏小旖,陈永楠,陈宏. 表面技术. 2014(01)
[10]Ti6Al4V合金微弧氧化对Ni-P-ZrO2化学复合镀层结合性能和耐磨性能的影响（英文）[J]. 冯长杰,胡水莲,江鸢飞,周雅. 稀有金属材料与工程. 2013(12)
本文编号：3209527
【文章来源】：兵工学报. 2020,41(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
石墨烯固体粉末微观形貌图(放大10 000倍)
图3所示为不同浓度石墨烯添加剂时MAO膜层的微观形貌，表2所示为不同浓度石墨烯下MAO膜层的平均粗糙度。从图2中可以看出，MAO膜层表面是由许多类似于火山堆状的物质堆积而成的。这是因为放电通道中反应所生成的气体压力和放电压力升高，导致部分熔融氧化铝从放电通道喷射而出，经电解液的激冷作用快速凝固堆积，在陶瓷层内部的熔融氧化物从放电微孔喷射-凝固的特征形貌[17]，如图3中圆圈所示。由图1石墨烯微观形貌图可以判断，图3中方框所示薄片为石墨烯。从图3(a)中还可以看出，MAO膜层的微孔直径较大，在3.05～5.56μm之间，孔径尺寸变化大是因为MAO膜层表面薄弱区域的连续击穿放电，导致微孔尺寸的增大和扩展。从图3(b)、图3(c)、图3(d)、图3(e)中可以看出，在电解液中添加石墨烯所制备的含碳陶瓷层表面虽依然呈现类似火山喷发堆积而成的微观形貌，但其表面微孔直径明显减小。而且可以看到部分微孔已被生成的氧化物堵塞，有利于MAO膜层耐蚀性的提高。当石墨烯浓度为10 g/L时孔径尺寸最小，在0.25～1.56μm之间，且此时粗糙度达到最低857.83 nm．这是因为石墨烯浓度增加使电解液的电导率升高，在电源恒流工作模式下，加载到膜层两端的电压升高，但由于放点火花数量的急剧增加，导致单火花放电的持续时间变短和自身体积变小。因此单火花放电所产生的热能仅能熔融部分在膜层与基体界面处形成新的氧化物，导致在陶瓷层表面形成的微颗粒和微孔尺寸变小，进而使得陶瓷层表面粗糙度降低[18-20]。当石墨烯浓度再次增加时，微孔直径变化开始增大，粗糙度也开始增加(见图3(e))，表明石墨烯浓度的选择应在一个合理范围内，过高的石墨烯浓度会使大量石墨烯颗粒弥散于试样表面，部分会分布于放电通道中，阻碍微弧氧化反应。图3 不同浓度石墨烯添加剂下MAO膜层的微观形貌(放大1 000倍)
不同浓度石墨烯添加剂下MAO膜层的微观形貌(放大1 000倍)
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯对Ag/AgCl电极水下电场探测性能的影响研究[J]. 李红霞,宋玉苏,王烨煊,陈闻博. 兵工学报. 2019(12)
[2]脉冲频率对7050高强铝合金微弧氧化膜层的影响[J]. 宗玙,宋仁国,花天顺,蔡思伟,王超,李海. 航空学报. 2019(11)
[3]电解液温度对AZ31B镁合金黑色微弧氧化膜的影响[J]. 朱枝胜,李文芳,易爱华,杜军,祝闻,廖忠淼. 表面技术. 2019(03)
[4]微弧氧化技术的发展及其应用[J]. 宋仁国. 材料工程. 2019(03)
[5]2024铝合金表面陶瓷基氧化膜的制备及性能[J]. 马国峰,刘志杨,张丽桌,董世柱,贺春林. 沈阳大学学报(自然科学版). 2019(01)
[6]含石墨烯纳米片电解液中电流密度对2024铝合金微弧氧化膜性能的影响[J]. 唐誉豪,向东,李东豪,王雷,王平,韩培冬. 表面技术. 2018(07)
[7]微弧氧化对7050铝合金腐蚀行为的影响[J]. 庄俊杰,张晓燕,孙斌,宋仁国,李海. 工程科学学报. 2017(10)
[8]化学法制备石墨烯对环氧树脂导电性能的影响[J]. 王国建,戴进峰,马朗. 同济大学学报(自然科学版). 2014(09)
[9]1060铝合金微弧氧化黑色陶瓷膜显色特性及着色机理[J]. 郝建民,魏小旖,陈永楠,陈宏. 表面技术. 2014(01)
[10]Ti6Al4V合金微弧氧化对Ni-P-ZrO2化学复合镀层结合性能和耐磨性能的影响（英文）[J]. 冯长杰,胡水莲,江鸢飞,周雅. 稀有金属材料与工程. 2013(12)
本文编号：3209527
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