镁合金自润滑复合膜的制备与摩擦学性能研究

发布时间：2017-08-26 01:51

  本文关键词：镁合金自润滑复合膜的制备与摩擦学性能研究

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【摘要】：针对镁合金在导轨滑块副中耐磨性以及减摩性较差的问题,本论文研究将微弧氧化技术与磁控溅射技术相结合,在镁合金表面生成自润滑复合膜,采用SEM、XRD、EDS以及万能摩擦磨损试验机,对微弧氧化膜层、复合膜层的表面与截面微观形貌、结晶相组成、化学成分组成以及摩擦学性能等方面的表征,分别研究了工艺条件对于膜层的摩擦磨损性能的影响。研究表明,典型的镁合金微弧氧化膜层表面分布许多孔径不一的“火山堆”,火山堆口的微孔是脉冲放电留下的通道,表面呈多孔质结构,主要由Mg、O、Si、F等元素组成；微弧氧化膜层的截面由较为致密部分和较为疏松部分组成,主要由Mg、Si、O、F等元素组成；膜层的XRD谱图显示膜层主要由尖晶石、MgF2和方镁石组成；微弧氧化膜层的硬度远远大于镁合金的硬度,膜层的耐磨性能优良。微弧氧化电参数工艺对膜层的性能影响较大,故本文系统研究了镁合金微弧氧化中电解液成分、电流密度、电源频率、脉冲占空比和氧化时间对微弧氧化膜层的表面与截面形貌、结晶相组成、厚度、孔径、孔隙率及摩擦学性能的影响规律,并最终筛选出较好的工艺参数体系：电流密度7A/dm2；电源频率800Hz；脉冲占空比15%,氧化时间5min,在此工艺条件下,膜层磨损量约为0.0020g,摩擦系数约为0.4。为了得到减摩性能优良的膜层,本文利用磁控溅射技术,在镁合金微弧氧化膜层的表面生成微弧氧化-磁控溅射复合膜层。研究了典型的镁合金微弧氧化-磁控溅射复合膜层的表面结构形貌、元素分布与力学性能：复合膜层表面堆积一层类石墨镀层,部分覆盖了微弧氧化层表面的微孔,主要由C、Mg、Si、O等元素组成；类石墨镀层约为400nm厚,均匀覆盖在微弧氧化层外；复合膜层的硬度也有所提升,摩擦性能优良。磁控溅射技术电参数对于复合膜层性能影响具有一定的影响,故本文系统研究了磁控溅射技术中溅射功率、靶基距、溅射气压和负偏压对以微弧氧化膜层为基体的类石墨镀层的表面形貌、元素组成分布及摩擦学性能的影响规律,并最终筛选出效果较好的工艺参数体系：溅射功率25W、靶基距50mm、溅射气压0.5Pa和负偏压-60V,在此工艺条件下,膜层的减摩性能优异,摩擦系数约为0.1左右。通过观察微弧氧化膜层以及复合膜层不同磨损阶段的磨痕形貌,分析了两种膜层的磨损机制,微弧氧化膜层主要为粘着磨损和磨粒磨损,复合膜层主要为粘着磨损和疲劳磨损。
【关键词】：镁合金 微弧氧化 磁控溅射 摩擦学
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 镁合金10-11
• 1.2 镁合金的表面处理11-13
• 1.2.1 电镀与化学镀11-12
• 1.2.2 静电喷涂12
• 1.2.3 电泳涂装12
• 1.2.4 气相沉积12
• 1.2.5 阳极氧化12
• 1.2.6 微弧氧化12-13
• 1.3 微弧氧化技术13-15
• 1.3.1 微弧氧化技术概述13-14
• 1.3.2 微弧氧化技术的研究现状14-15
• 1.3.3 目前微弧氧化研究中存在的问题15
• 1.4 磁控溅射技术15-17
• 1.4.1 磁控溅射技术概述15-16
• 1.4.2 磁控溅射技术的研究现状16-17
• 1.4.3 目前磁控溅射研究中存在的问题17
• 1.5 本课题的研究意义与主要内容17-19
• 1.5.1 课题的研究意义与目的17-18
• 1.5.2 研究的主要内容18-19
• 2 实验材料及研究方法19-25
• 2.1 实验材料及化学试剂19
• 2.1.1 基体材料19
• 2.1.2 化学试剂19
• 2.2 实验装置19-21
• 2.2.1 微弧氧化装置19-20
• 2.2.2 磁控溅射装置20-21
• 2.3 实验方法与工艺21-23
• 2.3.1 微弧氧化实验21-22
• 2.3.2 磁控溅射实验22-23
• 2.4 实验所用表征方法23-25
• 2.4.1 表面与截面微观形貌23
• 2.4.2 表面与截面元素分布23
• 2.4.3 结晶相组成23
• 2.4.4 纳米硬度23-24
• 2.4.5 膜层厚度24
• 2.4.6 失重量24
• 2.4.7 摩擦磨损性能24-25
• 3 微弧氧化膜层的制备与摩擦学性能研究25-58
• 3.1 电解液的筛选25-32
• 3.1.1 电解液主盐筛选25-26
• 3.1.2 电解液配方的确定26-32
• 3.2 微弧氧化膜层的形成特性分析32-35
• 3.2.1 微弧氧化膜层的表面形貌与元素分布32-33
• 3.2.2 微弧氧化膜层的截面形貌与元素分布33-35
• 3.2.3 微弧氧化膜层的硬度分析35
• 3.3 电流密度的影响35-41
• 3.3.1 膜层表面形貌和相组成36-38
• 3.3.2 膜层截面形貌和厚度38-39
• 3.3.3 膜层摩擦学性能39-41
• 3.4 电源频率的影响41-46
• 3.4.1 膜层表面形貌和相组成41-43
• 3.4.2 膜层截面形貌和厚度43-44
• 3.4.3 膜层摩擦学性能44-46
• 3.5 脉冲占空比的影响46-51
• 3.5.1 膜层表面形貌和相组成46-48
• 3.5.2 膜层截面形貌和厚度48-49
• 3.5.3 膜层摩擦学性能49-51
• 3.6 氧化时间的影响51-55
• 3.6.1 膜层表面形貌和相组成51-53
• 3.6.2 膜层截面形貌和厚度53-54
• 3.6.3 膜层摩擦学性能54-55
• 3.7 微弧氧化膜层磨损机制分析55-58
• 4 复合膜层的制备与摩擦学性能研究58-77
• 4.1 正交实验58-60
• 4.1.1 实验设计58-59
• 4.1.2 结果分析59-60
• 4.2 复合膜层的形成特性分析60-64
• 4.2.1 复合膜层的表面形貌与元素分布60-62
• 4.2.2 复合膜层的截面形貌与元素分布62-63
• 4.2.3 复合膜层的硬度分析63-64
• 4.3 溅射功率的影响64-66
• 4.3.1 复合膜层表面形貌64
• 4.3.2 复合膜层化学成分64-66
• 4.3.3 复合膜层摩擦学性能66
• 4.4 靶基距的影响66-69
• 4.4.1 复合膜层表面形貌67
• 4.4.2 复合膜层化学成分67-68
• 4.4.3 复合膜层摩擦学性能68-69
• 4.5 溅射气压的影响69-72
• 4.5.1 复合膜层表面形貌69-70
• 4.5.2 复合膜层化学成分70-71
• 4.5.3 复合膜层摩擦学性能71-72
• 4.6 负偏压的影响72-75
• 4.6.1 复合膜层表面形貌72-73
• 4.6.2 复合膜层化学成分73-74
• 4.6.3 复合膜层摩擦学性能74-75
• 4.7 复合膜层磨损机制分析75-77
• 5 结论77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文82-83
• 致谢83-85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 钱建刚;李荻;王学力;郭宝兰;;硅酸钠浓度对镁合金阳极化的影响[J];材料科学与工艺;2006年01期

2 郭洪飞;安茂忠;霍慧彬;徐莘;;电解液组成对AZ91D镁合金微弧氧化的影响[J];材料科学与工艺;2006年02期

3 郝建民;田新宇;陈宏;胡星;;镁合金微弧氧化黑色膜的制备工艺和结构[J];材料热处理学报;2011年07期

4 朱育权;韩庚午;马保吉;;微弧氧化添加剂对镁合金膜层摩擦学性能影响[J];自动化与仪器仪表;2015年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李炳;AZ91D镁合金耐磨性及其表面微弧氧化膜的制备与性能研究[D];兰州理工大学;2007年

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本文编号：738948