低能耗铝合金微弧氧化技术研究

摘要

本论文是以如何实现低能耗为目的的一系列微弧氧化试验研究，选取硅酸钠和氢氧化钾为基础电解液，方波脉冲直流电源为试验电源。首先，利用正交化试验方法优化添加剂的比例，并从能耗的角度进一步优化电参数；其次，通过虚拟仪器技术对电源波形进行检测和存储，从波形延迟的角度研究膜层生长情况和电解液的电容效应，进而研究微弧氧化试验的单位能耗和成膜速率；最后，对微弧氧化陶瓷膜的表面性能进行分析。 设定基础电解液的浓度为硅酸钠(5g/L)、氢氧化钾(1～2g/L)，综合考虑膜层性能和单位能耗，优化后的添加剂浓度分别为酒石酸钠(2g/L)、钨酸钠(4g/L)、EDTA(2g/L)、柠檬酸钠(3g/L)；在该浓度下的电解液，电源频率400 Hz、占空比1/20为最佳组合；试验过程中始终将电流密度控制在2 A/dm2左右。 电源波形的延迟说明整个回路中存在着电容效应，但它并不是真正的电容。该电容可用双层电容来描述，由陶瓷膜和析出的气体共同充当电解质。它的存在导致了电源波形的延迟，波形的延迟在一定程度上改善了陶瓷膜的表面性能，但同时它也增加了微弧氧化试验的单位能耗以及降低了它的成膜速率。 对影响单位能耗的因素进行分析后得出：氧化时间50 min较为合适，此时单位能耗较低；温度低于50℃比较好，此时的单位能耗可降低到3.8 kW·h/m2·um。对影响成膜速率的因素进行分析后得出：氧化时间50 min较为合适，此时不但成膜速率较大，而且膜层性能比较好；温度为50℃左右较为合适，此时的成膜速率可最高达到0.88 um/min。 以上结论是在低浓度电解液的条件下，以方波脉冲直流电源为试验电源所总结得出的，它基本上实现了低能耗微弧氧化的目标，可以对该技术实现产业化。

目录

文摘

英文文摘

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引 言

第1章概述

1.1微弧氧化技术发展

1.2微弧氧化现象及原理

1.3微弧氧化陶瓷膜的性能特点

1.4影响微弧氧化陶瓷层性能的因素

1.4.1电解液的影响

1.4.2原材料成分的影响

1.4.3放电参数的影响

1.4.4 工艺条件的影响

1.5微弧氧化技术的能耗研究

1.6微弧氧化技术在船舶运输行业的应用

1.7选题的目的与意义

1.8本课题的研究内容及技术路线

第2章试验设备与原理

2.1试验装置图

2.2脉冲电源

2.3扫描电镜

2.4厚度检测

2.5硬度检测

2.6 X射线衍射仪

2.7粗糙度的测定

2.8信号采集设备

2.9其它仪表

2.9.1电能表

2.9.2交直流钳形表

2.10本章小结

第3章微弧氧化试验及方法

3.1试样材料

3.2微弧氧化表面处理工艺

3.3电解液的选取

3.4正交化试验法及步骤

3.5虚拟仪器技术的应用

3.6本章小结

第4章微弧氧化影响因素的分析

4.1电解液的优化

4.1.1成膜厚度分析

4.1.2能耗分析

4.2电信号参数的优化

4.2.1无冷却液时

4.2.2有冷却液时

4.3放电波形的分析

4.3.1不同添加剂对放电波形的影响

4.3.2不同电参数对放电波形的影响

4.3.3其它因素对放电波形的影响

4.4成膜速率的分析

4.4.1添加剂对成膜速率的影响

4.4.2氧化时间对成膜速率的影响

4.4.3温度对成膜速率的影响

4.5单位能耗的分析

4.5.1氧化时间对单位能耗的影响

4.5.2电压对单位能耗的影响

4.5.3温度对单位能耗的影响

4.6微弧氧化过程中放电火花形貌特征分析

4.7电信号波形延迟原因的探讨

4.8覆盖层厚度的影响规律模型的建立

4.9本章小结

第5章微弧氧化膜层性能方面的分析

5.1膜层硬度的分析

5.2膜层粗糙度的分析

5.3膜层表面形貌

5.4膜层表面相组成结构的分析

5.5本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致 谢

研究生履历