硅酸盐体系下混合添加剂对铝合金微弧氧化膜层性能的影响

摘要

微弧氧化技术是在铝、镁、钛等阀金属表面获得硬度高、耐蚀性和耐磨性好的陶瓷膜层的方法。本文利用课题组自行研制的微弧氧化设备对铝合金进行表面处理。本文中的试验在恒压模式下进行，向硅酸盐基础电解液中分别加入纳米TiO2添加剂、纳米TiO2+纳米ZnO混合添加剂、纳米TiO2+La(NO3)3混合添加剂，分别探索上述添加剂对铝合金微弧氧化膜层组织和性能的作用规律。试验中，采用TT230覆层测厚仪、MHV-1000维氏显微硬度仪、CR-4032表面粗糙度仪、MMS-2A摩擦磨损试验机、VSP电化学工作站、WS-97涂层附着力划痕试验仪、DDS-11A电导率仪、KYKY-2800B扫描电镜及其附带的能谱仪和X射线衍射仪测量不同添加剂微弧氧化膜层的厚度、显微硬度、表面粗糙度、耐磨性能、耐腐蚀性能、膜层与基体的结合力、电解液电导率、膜层的微观形貌、成分及相组成。分析实验数据，研究结果如下：
　　（1）向硅酸盐基础电解液中加入纳米TiO2添加剂时，其浓度范围为2-4g/L时，膜层的综合性能较优，膜层厚度为59-63μ m，硬度为450-510 HV，提高膜层的耐磨和耐蚀性能，改善膜层与基体的结合力。膜层主要由Al、α-Al2O3、γ-Al2O3和AlTi相组成。
　　（2）向硅酸盐基础电解液中加入纳米TiO2+纳米ZnO混合添加剂时，当纳米TiO2为4g/L、纳米ZnO为2g/L时膜层的综合性较好，膜层厚度为52μ m，硬度为692HV，提高膜层的耐磨性能和耐蚀性能，改善膜层与基体的结合力。膜层主要由Al基体、α-Al2O3相、γ-Al2O3相、Al3Ti和钛锌（Zn0.6Ti0.4）相组成；当纳米TiO2为3g/L、纳米ZnO为1g/L时膜层的综合性能次之。
　　（3）向硅酸盐基础电解液中加入纳米 TiO2+La(NO3)3混合添加剂时，当纳米TiO2为3g/L、La(NO3)3为0.5g/L时，膜层厚度为71μ m，硬度为689HV，提高膜层的耐磨、耐蚀性能，明显地改善膜层与基体的结合力。膜层主要由Al基体、α-Al2O3相、γ-Al2O3相、金红石（Rutile）和SiO2相组成。
　　综上所述，本文利用课题组自行研制的微弧氧化设备对铝合金进行表面处理，与硅酸盐基础电解液下制得的微弧氧化陶瓷膜层相比较，硅酸盐电解液中分别加入纳米TiO2添加剂、纳米TiO2+纳米ZnO混合添加剂、纳米TiO2+La(NO3)3混合添加剂后，制备的微弧氧化陶瓷膜层的综合性能得到显著的改善。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2铝合金表面改性研究现状

1.3 微弧氧化技术简介

1.4本文研究的内容及意义

第二章 实验材料及研究方法

2.1 实验材料及药品

2.2 实验方案

2.3 实验试样制备及测量仪器

第三章 硅酸盐体系下纳米TiO2添加剂对铝合金微弧氧化膜层性能的影响

3.1 不同浓度纳米TiO2添加剂对电解液电导率的作用

3.2 纳米TiO2添加剂对微弧氧化膜层厚度的作用

3.3纳米TiO2添加剂对微弧氧化膜层硬度的作用

3.4纳米TiO2添加剂微弧氧化膜层截面形貌分析

3.5纳米TiO2添加剂微弧氧化膜层表面微观形貌及能谱分析

3.6微弧氧化膜层的物相分析

3.7纳米TiO2添加剂对微弧氧化膜层表面粗糙度的作用

3.8纳米TiO2添加剂对微弧氧化膜层显气孔率的作用

3.9纳米TiO2添加剂对微弧氧化膜层耐磨性能的作用

3.10纳米TiO2添加剂对微弧氧化膜层耐腐蚀性能的作用

3.11 添加剂对微弧氧化膜层与基体结合力的作用

3.12本章小结

第四章 硅酸盐体系下纳米TiO2+纳米ZnO混合添加剂对铝合金微弧氧化膜层性能的影响

4.1 混合添加剂对电解液电导率的作用

4.2 混合添加剂对微弧氧化膜层厚度的作用

4.3 混合添加剂对微弧氧化膜层硬度的作用

4.4混合添加剂微弧氧化膜层截面形貌分析

4.5混合添加剂微弧氧化膜层微观形貌及能谱分析

4.6 混合添加剂微弧氧化膜层物相分析

4.7混合添加剂对微弧氧化膜层表面粗糙度的作用

4.8 混合添加剂对微弧氧化膜层显气孔率的作用

4.9混合添加剂对微弧氧化膜层耐磨性能的作用

4.10混合添加剂对微弧氧化膜层耐腐蚀性能的作用

4.11 混合添加剂对膜层与基体结合力的作用

4.12本章小结

第五章 硅酸盐体系下纳米TiO2+La(NO3)3混合添加剂对铝合金微弧氧化膜层性能的影响

5.1纳米TiO2+La(NO3)3混合添加剂对铝合金微弧氧化膜层性能的影响

5.2电解液中不同的混合添加剂对微弧氧化膜层性能的作用

5.3本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

附录 攻读硕士学位期间发表论文及相关成果