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硅酸钠溶液浓度对铝合金微弧氧化过程及能量消耗的影响

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摘要

1.绪论

1.1 铝合金及其表面处理技术概述

1.2 微弧氧化技术

1.2.1 微弧氧化发展历史及研究现状

1.2.2 微弧氧化原理及击穿原理

1.2.3 微弧氧化陶瓷层结构与性能

1.2.4 微弧氧化技术的应用

1.3 影响微弧氧化工艺的因素

1.4 微弧氧化技术存在的问题与本课题研究目的及意义

1.4.1 微弧氧化存在主要问题

1.4.2 研究意义

1.5 本课题研究内容及技术路线

1.5.1 研究内容

1.5.2 技术路线

2.实验方法及设备

2.1 试样及制备

2.1.1 试样材料

2.1.2 试样尺寸及制备

2.1.3 实验药品及溶液配制

2.2 实验设备及使用

2.2.1 微弧氧化设备及试样制备

2.2.2 电化学工作站及交流阻抗测定

2.2.3 JSM-6700F扫描电子显微镜

2.2.4 涡流测厚仪

2.2.5 溶液的电导率

2.3 相关参数的定义

2.3.1 起弧时间及起弧电压

2.3.2 消耗能量的定义

2.3.3 起弧瞬间单脉冲能量及功率

2.3.4 陶瓷层生长耗能

3.溶质离子对微弧氧化起弧条件的影响

3.1 溶质离子对微弧氧化起弧必要条件的影响

3.2 不同峰值电流下溶质离子对微弧氧化起弧条件的影响

3.2.1 不同峰值电流条件下溶质离子对起弧时间及电压变化规律的影响

3.2.2 不同峰值电流条件下溶质离子对起弧瞬间表面阻抗值的影响

3.2.3 溶质离子对起弧消耗总能量的影响

3.2.4 溶质离子对起弧瞬间膜层表面形貌的影响

3.3 不同脉宽下溶质离子对微弧氧化起弧条件的影响

3.3.1 溶质离子对起弧时间及电压变化规律的影响

3.3.2 溶质离子对起弧瞬间表面阻抗值的影响

3.3.3 溶质离子对起弧瞬总能量的影响

3.3.4 溶质离子对起弧瞬间膜层表面形貌的影响

3.4 溶质离子对微弧氧化起弧条件影响机制的探讨

3.4.1 溶质离子对微弧氧化起弧的必要性讨论

3.4.2 溶质离子对微弧氧化起弧机制及能量的影响

4.等电通量下微弧氧化起弧临界功率及能量的探讨

4.1 固定脉宽等电通量下微弧氧化起弧临界功率及能量的探讨

4.2 固定脉数等电通量下微弧氧化起弧临界功率及能量的探讨

4.3 小结

5.等电通量下溶质离子对微弧氧化生长的影响机制

5.1 固定脉宽等龟通量下溶质离子对微弧氧化生长的影响机制

5.1.1 溶质离子对微弧氧化生长电压的影响

5.1.2 溶质离子对微弧氧化生长耗能的影响

5.1.3 溶质离子对微弧氧化膜层表面形貌的影响

5.2 固定脉数等电通量下溶质离子对微弧氧化生长的影响机制

5.2.1 溶质离子对微弧氧化生长电压的影响

5.2.2 溶质离子对微弧氧化膜层生长耗能的影响

5.2.3 溶质离子对微弧氧化膜层阻抗值及表面形貌的影响

5.3 小结

6 结论

致谢

参考文献

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摘要

采用峰值电流输出模式下脉宽脉数独立可调式微弧氧化电源,研究在不同浓度硅酸钠溶液中铝合金微弧氧化陶瓷层形成及生长过程,探讨微弧氧化起弧所需的必要条件,研究不同能量输出模式下硅酸钠溶液浓度对铝合金微弧氧化陶瓷层形成及生长所需能量和功率的影响,确定不同溶液浓度中最佳能量输出方式。本文采用电化学工作站测定起弧瞬间所得膜层的阻抗值,借助扫描电子显微镜(SEM)观察微弧氧化陶瓷层表面形貌,通过涡流测厚仪测量微弧氧化陶瓷层的厚度。
  研究结果表明:峰值电流密度为200A/dm2下铝合金试样在纯水中处理240s电压达到1500V下无起弧现象,膜层表面阻抗值仅为4400Ω;在0.25g/L硅酸钠中通电270s电压达到1217V发生起弧现象,膜层表面阻抗值为1.4×105Ω。相同电参数输出模式下,随着溶液浓度的增加,起弧电压及耗能降低、时间缩短,且膜层起弧阻抗值减小;增加峰值电流及脉宽均可缩短起弧时间,但起弧电压增加及能量增加。膜层阻抗值增加到一定程度发生起弧现象的实质为单位时间脉冲能量及功率的增大,并超过临界起弧脉冲功率。
  等电通量微弧氧化起弧实验表明:10g/L溶液浓度中,降低脉宽与脉数增加峰值电流的输出方式耗能更小,即不以增加平均电流为前提而提升峰值电流的起弧方式,其较高的临界起弧功率耗能最小。在0.25g/L、1g/L、4g/L溶液浓度中,减小峰值电流增加脉数的输出方式耗能最小,即以增加脉数减小峰值电流导致低电压的起弧方式耗能更小。
  等电通量陶瓷层生长实验表明:增加峰值电流降低脉数及脉宽的输出方式仅在10g/L溶液中制备的微弧氧化膜层厚度高,能量消耗增加;其中低脉数下制备微弧氧化膜层厚度较大,且能量消耗较大。减小峰值电流增加脉冲个数及脉宽的输出方式在0.25g/L溶液中制备的膜层厚度最大,但耗能较小;其中大脉宽下制备微弧氧化膜层厚度较大,但能量消耗减小。

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