ZL102铸造铝合金微弧氧化陶瓷膜的制备及性能研究

摘要

本文采用硅酸钠、钨酸钠、偏铝酸钠、硼酸、乙二胺四乙酸二钠电解液，以高硅含量的ZL102铸造铝合金为基体，采用液相等离子体技术，在基体表面制备了陶瓷膜层。实验研究了电源模式、电流密度、微弧氧化时间等对ZL102铸造铝合金微弧氧化陶瓷膜层性能的影响。采用SEM观察了膜层的微观形貌，运用EDS测试了膜层的组成元素，运用X射线衍射仪测试了膜层的物相组成，采用电化学工作站对膜层的耐盐水腐蚀性能和耐酸腐蚀性能进行了测试。实验结果表明：
　　(1)采用交流电源模式制备的陶瓷膜层较脉冲电源模式表面孔洞显著减少，表面平整度明显提高，耐盐水腐蚀性能和耐酸腐蚀性能亦优于脉冲电源模式制备的陶瓷膜层；采用交流电源制备的陶瓷膜层的主要组成元素为Al、Si、Na、W、O；而采用脉冲电源制备的陶瓷膜层的主要组成元素为Al、Si、Na、W。陶瓷膜主要有Al、Si和少量的Al2O3组成。
　　(2)在实验电流密度范围内，随着电流密度的增大，陶瓷膜层的表面孔洞数量逐渐减少，且孔径也减小，表面平滑；在实验氧化时间范围内，随着氧化时间的增长，陶瓷膜层表面颗粒状物质逐渐减少，平滑度逐渐增加。
　　(3)采用交流电源模式制备的陶瓷膜层，在实验电流密度范围内，膜层的耐盐水和耐酸腐蚀性能随着电流密度的增大而增强。在实验氧化时间范围内，膜层的耐盐水腐蚀性能随着氧化时间的延长先增强后减弱，氧化时间20分钟时达到最优。但是，膜层的耐酸腐蚀性能随时间的延长而逐渐增强。
　　(4)采用脉冲电源模式制备的陶瓷膜层，在实验电流密度范围内，膜层的耐盐水腐蚀性能先变强，超过一定的电流密度值后耐盐水腐蚀性能反而变差，其中电流密度为0.26A/cm2的膜层耐盐水腐蚀性能最好；其耐酸腐蚀性能随电流密度的增大而增强。在实验氧化时间范围内，膜层的耐盐水腐蚀性能随着氧化时间的增长而增强；但是，膜层耐酸腐蚀性能随着氧化时间的延长，先下降后慢慢增强。其中电流密度为0.37A/cm2，氧化时间为10分钟时耐酸腐蚀性能最好。

目录

文摘

英文文摘

前言

1 文献综述

1.1 铝及其铝合金常用的表面处理技术概述

1.1.1 表面热喷技术

1.1.2 表面涂装技术

1.1.3 电镀技术

1.1.4 气相沉积技术

1.1.5 化学转膜技术

1.2 微弧氧化技术简介

1.2.1 微弧氧化技术的出现

1.2.2 微弧氧化技术的反应机理

1.2.3 微弧氧化制备膜层过程

1.2.4 影响微弧氧化的主要实验参数

1.2.5 微弧氧化技术的优点

1.2.6 微弧氧化的应用前景

1.3 目前国内外研究状况

1.4 本课题研究的意义

1.5 本课题研究的主要内容

2 实验部分

2.1 实验材料

2.2 化学试剂及实验仪器

2.3 实验装置

2.3.1 电源

2.3.2 循环冷却系统

2.3.3 电极

2.4 实验操作步骤

2.4.1 试样的制备

2.4.2 电解液的配置

2.4.3 实验过程

2.4.4 氧化试样的后处理

2.4.5 性能检测及表征手段

3 交流电源模式下制备的陶瓷膜层性能分析

3.1 微弧氧化制备陶瓷膜层形貌特征分析

3.1.1 电流密度对陶瓷膜层形貌特征的影响

3.1.2 微弧氧化时间对陶瓷膜层形貌特征的影响

3.2 陶瓷层的组成分析

3.2.1 陶瓷膜层的元素组成分析

3.2.2 陶瓷膜层的相组成分析

3.3 陶瓷膜层的耐腐蚀性能分析

3.3.1 陶瓷膜层的耐盐水腐蚀性能分析

3.3.2 陶瓷膜层的耐酸腐蚀性能分析

3.4 本章小结

4 脉冲电源模式下制备的陶瓷膜层性能分析

4.1 微弧氧化制备陶瓷膜层形貌特征分析

4.1.1 电流密度对陶瓷膜层形貌的影响

4.1.2 微弧氧化时间对陶瓷膜层形貌特征的影响

4.2 陶瓷层的组成分析

4.3 陶瓷膜层的耐腐蚀性能分析

4.3.1 陶瓷膜层的耐盐水腐蚀性能分析

4.3.2 陶瓷膜层的耐酸腐蚀性能分析

4.4 本章小结

5 两种电源模式下制备陶瓷膜层性能对比

5.1 陶瓷膜层形貌对比分析

5.1.1 氧化时间相同时两种电源制备的陶瓷膜形貌对比

5.1.2 电流密度相同时两种电源制备的陶瓷膜形貌对比

5.2 陶瓷膜层组成元素比较分析

5.3 陶瓷膜层耐腐蚀性能比较分析

5.3.1 陶瓷膜层耐盐水腐蚀性能对比分析

5.3.2 陶瓷膜层耐酸腐蚀性能对比分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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