铝合金黑色微弧氧化陶瓷膜层的制备及性能研究

发布时间：2017-08-23 04:30

  本文关键词：铝合金黑色微弧氧化陶瓷膜层的制备及性能研究

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【摘要】：铝合金因具有密度小、比强度高、易加工成型和导电(热)性好等优点,成为轻量化制造的主要材料。然而,铝合金本身存在易腐蚀易老化等缺点,且颜色单一,限制了其在一些特殊领域的应用。采用微弧氧化技术,利用不同着色离子,可在铝合金表面形成耐腐蚀耐老化且不同颜色的陶瓷膜层。其中由于黑色膜层具有较高的光吸收率和红外辐射能力,使其在航空航天、汽车工业、光学器件、建筑与装饰等多个领域具有广泛的应用前景。但是黑色微弧氧化陶瓷膜层附着力相对较低,本文针对铝合金黑色微弧氧化陶瓷膜层附着力性能不足的问题,主要开展了以下研究。首先,研究了不同着色离子(Co~(2+)、Cu~(2+)、WO_4~(2-)、VO_3~-)在微弧氧化过程中的着色规律及相应陶瓷膜层附着力性能。在相同摩尔浓度及负压条件下,利用恒流模式制备了颜色不同的陶瓷膜层。用扫描电子显微镜(SEM),能谱仪(EDS)分别评价了膜层的结构和元素含量。利用热震试验评价了膜层的附着力状况。结果表明:离子浓度对陶瓷膜层的颜色及附着力性能具有重要影响。离子浓度升高使膜层颜色加深,但也使相同条件下制备的黑色微弧氧化膜层附着力性能降低,在热震试验中最容易剥落。其次,通过在硅酸盐电解液中加入NH_4VO_3,在铝合金表面制备了黑色陶瓷膜层。利用分光光度计、热震试验评价黑色膜层的光吸收性能以及与铝合金基体的附着力状况,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)研究黑色膜层的生长过程。结果表明:黑色微弧氧化膜层具有优异的吸光性能,但抗热震性能较差,表层易发生剥落。黑色膜层的生长过程可分为两个阶段:前期以基体的氧化为主,得到的膜层颜色较浅,与基体结合紧密;而后期以电解液中化合物的沉积为主,膜层颜色加深,并与前期生长的膜层发生分层,导致膜层的结合力变差。最后,通过优化电解液成分及调节微弧氧化过程中负电压值,进一步提高了黑色陶瓷膜层的附着力性能。用扫描电子显微镜(SEM),能谱仪(EDS)分别评价了膜层的结构及成分。热震试验评价黑色陶瓷膜层与铝合金基体的附着力状况。结果表明:电解液中Na_3PO_4含量的增加可使膜层的附着力性能显著提高;负电压的提高可使黑色微弧氧化膜层黑度降低,附着力性能提高。在优化的电解液中,负电压阶段性的提高可在保证黑度均匀且吸光率良好的情况下提高膜层附着力性能。
【关键词】：铝合金 黑色陶瓷膜层 微弧氧化 附着力性能
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.453
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 铝合金的应用10-11
• 1.1.1 铝合金性能及应用10
• 1.1.2 铝合金表面黑色防护膜层的制备方法与不足10-11
• 1.2 微弧氧化技术用于改善铝合金表面膜层性能的研究进展11-12
• 1.2.1 微弧氧化技术简介11
• 1.2.2 铝合金黑色微弧氧化陶瓷膜层的研究进展11-12
• 1.3 本论文的选题依据和研究内容12-14
• 1.3.1 选题依据12
• 1.3.2 研究内容12-14
• 第2章 着色离子的着色规律及膜层附着力性能的研究14-23
• 2.1 不同着色离子浓度陶瓷膜层的制备与表征14-17
• 2.1.1 不同着色离子浓度陶瓷膜层的制备14-16
• 2.1.2 不同着色离子浓度陶瓷膜层的表征16-17
• 2.2 实验结果与讨论17-22
• 2.2.1 阳极电压的变化过程及膜层结合状况17-19
• 2.2.2 膜层的结构与成分分析19-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 铝合金黑色微弧氧化陶瓷膜的生长过程研究23-32
• 3.1 不同反应时间黑色微弧氧化膜层的制备与表征23-25
• 3.1.1 不同反应时间黑色微弧氧化膜层的制备23-24
• 3.1.2 不同反应时间黑色微弧氧化膜层的表征24-25
• 3.2 实验结果与讨论25-31
• 3.2.1 膜层的光吸收性能与结合状况25-26
• 3.2.2 膜层的生长过程分析26-31
• 3.3 本章小结31-32
• 第4章 黑色微弧氧化膜层附着力性能的优化32-41
• 4.1 Na_3PO_4浓度对黑色氧化膜层的影响32-35
• 4.1.1 不同浓度Na_3PO_4黑色氧化膜层的制备32-33
• 4.1.2 不同浓度Na_3PO_4黑色氧化膜层的表征33
• 4.1.3 膜层的宏观形貌及附着力情况33-35
• 4.2 负压对黑色氧化膜层的影响35
• 4.2.1 不同负压黑色氧化膜层的制备35
• 4.2.2 不同负压黑色氧化膜层的表征35
• 4.3 实验结果与讨论35-40
• 4.3.1 膜层的宏观形貌及附着力情况35-37
• 4.3.2 膜层的微观形貌及元素含量37-38
• 4.3.3 膜层截面微观形貌38-40
• 4.4 本章小结40-41
• 总结与展望41-43
• 参考文献43-47
• 致谢47-48
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录48

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本文编号：722982