铝合金成分对微弧氧化行为及陶瓷层性能的影响

摘要

铝合金微弧氧化陶瓷层具有硬度高、与基体结合良好、耐磨损及耐腐蚀等诸多性能优点，被广泛应用于航空、航天、机械、电子、装饰等领域。就铝合金而言，其常用的合金元素有Si、Cu、Mg、Zn等，随着合金元素种类与含量的变化，铝合金的组织结构也发生变化；而基体材料是影响微弧氧化的主要因素之一，所以本文主要探究铝合金成分对微弧氧化行为及陶瓷层性能的影响。
　　实验选取1A09、2A12、ZL101A、5A06、7A09五种主要合金元素含量存在明显差异的铝合金进行微弧氧化处理。利用 SEM、XRD及EDS等方法研究微弧氧化陶瓷层的微观组织结构；采用涡流测厚仪、分光测色仪、显微硬度计等表征陶瓷层的厚度、颜色以及显微硬度；通过电化学试验和盐雾腐蚀试验评价陶瓷层的耐腐蚀性能；此外，制备Al-Si与Al-Cu两种二元合金，研究微弧氧化陶瓷层的形成与生长过程，揭示Si、Cu两种合金元素对铝合金微弧氧化行为的影响机制。
　　结果表明：微弧氧化过程中，铝合金种类对起弧行为及陶瓷层生长影响显著。其中，5A06铝合金的起弧时间最短，起弧电压最低；ZL101A铝合金的起弧时间最长，起弧电压最高。氧化处理1200 s后，5A06铝合金表面的陶瓷层厚度可达51.46μm，而ZL101A铝合金表面的陶瓷层厚度仅为33.4μm。五种铝合金表面的陶瓷层均主要由γ-Al2O3组成，在ZL101A和5A06铝合金表面的陶瓷层中还分别存在SiO2相和Mg0.38Al2.408O4相。此外，1A09铝合金陶瓷层的L值最高（74.81），2A12铝合金陶瓷层的L值最低（46.14）；2A12铝合金陶瓷层的A值最高（7.37），1A09铝合金陶瓷层的A值最低（-0.37）；7A09铝合金陶瓷层的B值最高（9.42），ZL101A铝合金陶瓷层的B值最低（3.09）。1A09铝合金陶瓷层的显微硬度最高可达1630 HV0.02，而5A06铝合金陶瓷层的最大硬度值为776 HV0.02。当陶瓷层厚度约为10μm时，1A09铝合金试样的腐蚀电流和腐蚀速率都最小，分别为2.06μA·cm-2，0.00336 mm·a-1；2A12铝合金试样的腐蚀电流和腐蚀速率则最大，分别为456μA·cm-2，0.01254 mm·a-1。同时，随着陶瓷层厚度的增加，铝合金的耐蚀性也增加。当陶瓷层厚度为30μm时，2A12铝合金试样的腐蚀电流为6.72μA·cm-2，腐蚀速率也降至0.01038 mm·a-1。另外，研究发现，铝合金基体中的硅元素的存在易导致起弧时间延长、起弧电压较高，陶瓷层的生长速率较慢；铝合金基体中的铜在微弧氧化初期优先于铝溶解到溶液中，从而导致起弧时间较短、起弧电压较低。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 微弧氧化技术简介

1.3 不同基材微弧氧化的研究现状

1.4 课题的研究目的及意义

1.5 课题的研究内容

1.6 课题的技术路线图

2 实验设备与方法

2.1 实验材料与设备

2.2 实验步骤

2.3 陶瓷层生长过程的评价

2.4 陶瓷层性能分析及质量评价

3 铝合金成分对微弧氧化行为的影响

3.1 铝合金成分对陶瓷层生长过程的影响

3.2铝硅二元合金微弧氧化陶瓷层的生长机制

3.3铝铜二元合金微弧氧化陶瓷层的生长机制

3.4 本章小结

4 铝合金成分对微弧氧化陶瓷层性能的影响

4.1 铝合金成分对陶瓷层显微硬度的影响

4.2 铝合金成分对微弧氧化陶瓷层耐蚀性的影响

4.3 本章小结

5结论

致谢

参考文献