微等离子体金属表面陶瓷化的工艺及机理研究

摘要

金属及其合金表面进行陶瓷化可以改善金属基体的硬度低、耐磨耐蚀性差、可加工性差等不足,并且能保证原金属材料的使用性能.该文正是基于此,研究等离子体微弧氧化这一在有色金属表面原位生长陶瓷膜的新技术.它突破了传统的阳极氧化在法拉第区内成膜的限制,可在微弧区中氧化成膜,而且它具有工艺简单、效率高、无污染、处理工件能力强等特点.该文以铝和钛作为材料,通过不同的电解质溶液、不同的氧化时间等试验,分析影响等离子体微弧氧化的因素.比较不同条件下生成微弧氧化膜层的性能,为形成一定规模的生产做有益的探索.主要研究结果如下:铝及其合金的微弧氧化工艺试验研究表明,与纯碱式或酸式盐电解质溶液对比在碱式盐电解质溶液中,生成的氧化膜表面光滑、细腻,与基体结合紧密,硬度比较高,结构和性能也比较好;氧化膜的主要相为α-Al<,2>O<,3>和γ-Al<,2>O<,3>;耐腐耐蚀性试验表明氧化膜的耐磨性和耐蚀性都很好.钛及其合金的微弧氧化工艺试验研究表明,在酸性溶液中,生成的氧化膜相结构主要为锐钛矿型TiO<,2>,而且随着pH值的减小,锐钛矿的含量逐渐增加.在碱性溶液中,生成的氧化膜相结构主要为金红石型TiO<,2>,而且随着pH值的增加,金红石的含量逐渐增加.不同添加剂可使膜层中的组分发生变化,改善氧化膜层的性能.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1概述

1.1.1微弧氧化技术

1.1.2微弧氧化技术发展历史

1.1.3微弧氧化技术研究现状

1.2微弧氧化技术工艺机理

1.3微弧氧化技术工艺特点和氧化膜的特性

1.3.1微弧氧化的工艺特点

1.3.2微弧氧化陶瓷膜的性能特点

1.4陶瓷膜的制备及其影响因素

1.4.1陶瓷膜的制备方法

1.4.2影响陶瓷膜制备的因素

1.5 应用

1.5.1 A12O3陶瓷膜的应用

1.5.2 TiO2陶瓷膜的应用

1.5.3总结

1.6本文主要研究的内容

1.6.1铝及其合金的微弧氧化试验

1.6.2钛及其合金的微弧氧化试验

1.6.3 小结

第2章试验设备

2.1试验装置图

2.2电源

2.2.1电源简介

2.2.2电源原理图

2.2.3电源技术参数

2.2.4输出波形

2.3冷却设备

2.4检测设备及辅助器具

第3章铝及其合金的微弧氧化试验

3.1试验材料

3.2电解质溶液对微弧氧化成膜的影响

3.2.1 NaOH电解质溶液

3.2.2 NaH2PO4电解质溶液

3.2.3 Na2CO3电解质溶液

3.2.4 Na2SiO3电解质溶液

3.3反应时间对微弧氧化成膜的影响

3.4微弧氧化形成氧化膜层的X射线衍射的相结构分析

3.5添加剂对微弧氧化成膜的影响

3.5.1 NaH2PO4电解质溶液中添加NaOH溶液

3.5.2 Na2SiO3电解质溶液中加入无机添加剂

3.6等离子体微弧氧化成膜的耐磨性和耐蚀性试验

3.6.1耐磨性试验

3.6.2耐蚀性试验

3.7本章小结

第4章钛及其合金的微弧氧化试验

4.1试验材料

4.2不同电解质溶液对微弧氧化成膜的影响

4.2.1酸性电解质溶液——H3PO4

4.2.2中性电解质溶液---NaH2PO4+Na2SiO3

4.2.3碱性电解质溶液--NaOH

4.2.4 NaiH2PO4和H3PO4混合电解质溶液

4.2.5 Na2SiO3和Na2CO3混合电解质溶液

4.3添加剂对微弧氧化成膜的影响

4.3.1 Na2WO4

4.3.2 Na2WO4与NaH2PO4、H3PO4的混合溶液

4.3.3 Na2WO4与Na2CO3、Na2SiO3的混合溶液

4.3.4 Na2Mo7O24

4.3.5 Na2Mo7O24与Na2CO3、Na2SiO3的混合溶液

4.3.6硅酸乙酯

4.4本章小结

第5章结论

攻读学位期间公开发表的论文

致谢

参考文献