铝合金微弧氧化陶瓷层整体着色与表面染色研究

摘要

铝合金微弧氧化陶瓷层的硬度高、耐磨损、耐腐蚀、与基体结合力好，同时，微弧氧化陶瓷层表面呈多孔结构，具有较强的吸附特性。通常情况下，在硅酸盐系电解液中制备的陶瓷层多为白色或者灰白色。基于此，本文主要采用微弧氧化整体着色和表面染色两种方法对陶瓷层进行处理，主要研究偏钒酸铵、铬酸钾、高锰酸钾浓度对微弧氧化过程、陶瓷层成分、结构和性能的影响。通过对比分析，研究着色盐种类对微弧氧化整体着色的影响，并深入探讨微弧氧化着色机制。同时，文中还研究了微弧氧化陶瓷层底色和厚度对染色的影响，并对染色后陶瓷层的性能进行分析。
　　实验中采用SEM、EDS、XRD、分光测色仪对不同微弧氧化陶瓷层的微观形貌、化学成分、相结构和颜色进行表征；通过紫外-可见光分光光度计对陶瓷层的光学性能进行研究；通过电化学方法评价不同陶瓷层的耐蚀性。
　　结果表明：随着电解液中偏钒酸铵浓度增大，陶瓷层颜色逐渐加深呈黑色，反射率减小，V含量先增大后减小，最大值为23.93at.％，陶瓷层由晶态结构向非晶态结构转变；当偏钒酸铵浓度为6g/L时，陶瓷层明度值最小。随着电解液中铬酸钾浓度增大，陶瓷层颜色逐渐加深呈黑色，陶瓷层中Cr含量不断增大，最大值为18.61 at.%，陶瓷层主要由γ-Al2O3和α-Al2O3构成，其他元素则以无定形结构存在；当铬酸钾浓度为8 g/L时，陶瓷层明度值最小。随着电解液中高锰酸钾浓度增大，陶瓷层颜色不断加深呈棕色，陶瓷层中Mn含量在35at.%左右呈波动变化；且加入高锰酸钾后，陶瓷层的非晶态程度增强；当高锰酸钾浓度为2g/L，陶瓷层明度值最小。由电化学实验可知，当偏钒酸铵浓度为8g/L、铬酸钾浓度为2 g/L、高锰酸钾浓度为0.5g/L，陶瓷层的耐蚀性最好，其腐蚀电位分别为-0.3405V、-0.1085V、-0.3405V，且着色盐的加入能够不同程度地提高陶瓷层的耐蚀性。由微弧氧化陶瓷层表面染色研究可知：陶瓷层底色越浅、厚度越大，染色效果越好。由于微弧氧化陶瓷层的多孔结构和吸附特性，能够使染料吸附在陶瓷层表面发生化学反应，最终使陶瓷层染上颜色。染色后，陶瓷层的腐蚀电位正移了约0.4V，腐蚀电流密度减小了3个数量级，耐蚀性提高。同时，陶瓷层的反射率增大了将近50%。

目录

1 绪论

1.1 改变物质颜色的方法

1.1.1 整体着色

1.1.2 表面染色

1.2 铝合金着色技术

1.2.1 阳极氧化着色

1.2.2 微弧氧化着色

1.3 课题研究目的及意义

1.4 课题研究内容及技术路线

2 实验设备及方法

2.1 实验材料与设备

2.1.1 实验材料

2.1.2 实验设备

2.2 实验过程

2.2.1 样品前处理

2.2.2 溶液配制

2.3 实验参数及工艺条件

2.3.1 微弧氧化着色

2.3.2 化学染色

2.4 陶瓷层性能表征

2.4.1 陶瓷层颜色及外观状态评价

2.4.2 陶瓷层形貌

2.4.3 陶瓷层成分及物相组成

2.4.4 陶瓷层厚度

2.4.5 陶瓷层光学性能

2.4.6 陶瓷层电化学测试

3 着色盐对微弧氧化陶瓷层整体着色的影响

3.1 偏钒酸铵浓度对陶瓷层整体着色的影响

3.1.1 U-t曲线

3.1.2 陶瓷层厚度

3.1.3 陶瓷层化学成分

3.1.4 陶瓷层相组成

3.1.5 陶瓷层微观结构

3.1.6 陶瓷层颜色

3.1.7 反光率

3.1.8 耐蚀性

3.2 铬酸钾浓度对陶瓷层整体着色的影响

3.2.1 U-t曲线

3.2.2 陶瓷层厚度

3.2.3 陶瓷层化学成分

3.2.4 陶瓷层相组成

3.2.5 陶瓷层微观结构

3.2.6 陶瓷层颜色

3.2.7 反光率

3.2.8 耐蚀性

3.3 高锰酸钾浓度对陶瓷层整体着色的影响

3.3.1 U-t曲线

3.3.2 陶瓷层厚度

3.3.3 陶瓷层化学成分

3.3.4 陶瓷层相组成

3.3.5 陶瓷层微观结构

3.3.6 陶瓷层颜色

3.3.7 反光率

3.3.8 耐蚀性

3.4 对比分析

3.4.1 着色盐种类对微弧氧化行为的影响

3.4.2 着色盐种类对陶瓷层成分的影响

3.4.3 着色盐种类对陶瓷层微观结构的影响

3.4.4 着色盐种类对陶瓷层颜色的影响

3.4.5 着色盐种类对陶瓷层性能的影响

3.5 着色机理

4 铝合金微弧氧化陶瓷层表面染色研究

4.1 表面染色影响因素分析

4.1.1 陶瓷层底色

4.1.2 陶瓷层厚度

4.2 染色陶瓷层性能

4.2.1 微观形貌

4.2.2 物相组成

4.2.3 陶瓷层的耐蚀性

4.2.4 反光率

5 结论

致谢

参考文献