铝合金微弧氧化抗磨减摩涂层制备工艺研究

摘要

铝合金微弧氧化技术是通过电解液中微等离子体放电作用，使铝合金表面形成硬质陶瓷层的一种新工艺，所形成的陶瓷膜层具有硬度高、绝缘性和耐蚀性好、与基体结合力强的优点，是一种极具发展前途的铝及其合金的表面处理新技术。 本课题主要采用Na2SiO3系电解液通过一系列的铝合金微弧氧化工艺实验，研究微弧氧化过程中陶瓷氧化膜层的生长规律，不同电解质组成和浓度对陶瓷氧化膜质量的影响。采用扫描电镜(SEM)及x射线衍射相结构分析CXRD)陶瓷氧化膜微观形貌及膜层结构进行分析。采用销盘式磨损试验机研究了不同电解质组成对氧化膜的耐磨性的影响。 SEM分析表明，陶瓷氧化膜层由疏松层和致密层构成，致密层约为整个膜层厚度的2／3左右。XRD分析表明陶瓷氧化膜中主要含有γ-Al203和α-A1203晶相成分，还含有少量电解液中添加的特殊功能粒子相。 对实验数据及现象分析表明，随着NaSi03浓度升高，膜层厚度会随着增加，而膜层硬度会先增大后减小，膜层的均匀性及手感细腻程度会下降，NaSi03浓度过高后，会使微弧氧化进入弧光放电区，造成弧光放电，而破坏氧化膜层。 KOH浓度的提高能显著提高电解液的导电率，KOH浓度合适时，可以提高氧化膜层的质量，降低工作电压，同时可使电解液成弱碱性，使氧化膜层在微弧氧化过程中便于吸附电解液中加入的特殊功能粒子，制备出具有特殊性能的氧化膜层。KOH浓度过高时，会使氧化膜层的溶解速度加快，不利于氧化膜层的生长，且会造成弧光放电而破坏氧化膜层。 随着H2O2浓度的增加，膜层厚度会随着增加、膜层硬度先增后减，但减小的不是很显著；与没加H202时的试验结果相比，添加1-1202后能显著改善膜层质量。H202的加入能调整氧化膜中的α-A1203和γ-A1203相的相对含量，提高了高硬相α-Al2O3相的相对含量，在保证膜层韧性的同时提高了膜层的硬度，从而提高了膜层的耐磨性。 CuO的浓度增加对膜层的厚度、硬度、手感细腻程度及均匀性影响不大。但电解液中加入CuO后，所得氧化膜层中含有CuO相，CuO相的存在能降低氧化膜层的摩擦系数，起到减摩作用，从而提高了膜层的耐磨性。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1微弧氧化技术介绍

1.1.1微弧氧化工艺与阳极氧化工艺的比较

1.1.2微弧氧化的机理

1.2微弧氧化膜的形成过程

1.3微弧氧化陶瓷膜的结构与特性

1.4微弧氧化技术的发展及现状

1.5微弧氧化的应用及展望

1.6本课题涉及的基本知识简介

1.7本课题研究目的及意义

第二章实验设备及试样材料

2.1微弧氧化设备

2.2实验仪器及测试设备

2.3实验材料

第三章实验方法

3.1实验的技术路线

3.2试样的制备

3.3电解液的配制

3.4微弧氧化工艺方法及过程

3.5实验中所用的检测方法

第四章电解液参数对微弧氧化膜层质量的影响分析

4.1 Na2SiO3浓度对膜层质量的影响

4.2 KOH浓度对膜层质量的影响

4.3 H2O2浓度对膜层质量的影响

4.4 CuO浓度对膜层质量的影响

第五章微弧氧化膜层的生长过程和物质结构分析

5.1微弧氧化膜层的生长过程分析

5.2微弧氧化膜层的物质结构分析

第六章微弧氧化膜层的磨损实验分析

6.1材料的磨损及其分类

6.2材料的耐磨性及评定方法

6.3磨损试验及分析

第七章结论

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文