15-5PH不锈钢热浸铝硬质阳极氧化复合膜制备研究

摘要

不锈钢材不仅具有优良的综合力学性能，还因具有防腐蚀、耐高温等特殊性能而得到广泛应用。但如何更进一步提高不锈钢的表面硬度，同时，降低其摩擦因数，增加不锈钢的自润滑效果一直是改善不锈钢表面性能的热点课题。结合铝及铝合金硬质阳极氧化技术，本文以15-5PH不锈钢为研究对象，首先在其表面热浸铝，再进行含聚四氟乙烯(PTFE)的硬质阳极氧化，得到硬度高，耐蚀性好，且又具有良好自润滑性能的PTFE-Al203复合膜。
　　 本课题分两步实验完成，第一步在15-5PH不锈钢表面浸铝，制得适合硬质阳极氧化的浸铝层。经过反复试验比较，15-5PH不锈钢最佳浸铝工艺主要参数为：碱洗，酸洗并助镀，浸镀温度范围在630℃～720℃，浸镀时间4min，提升速度约80mm/s，覆盖剂采用NaCl、KC1、Na3AlF。及少量碳渣。制得的浸铝镀层由中间合金层和最外层的铝层组成。硬质阳极氧化时，氧化工艺参数为：硫酸浓度18～20％，氧化温度-4～0℃，电流密度2～4A/dm2，氧化时间40～60min,PTFE含量10～25％，最终制得PTFE-A1203复合膜。
　　 实验对浸铝层和PTFE-A1203复合膜都进行了截面SEM和EDS分析，并研究了各工艺指标对浸铝层和PTFE-A1203复合膜性能的影响。其它工艺条件相同，温度低于720℃时，随着浸镀温度的升高，浸镀层厚度增加，但高于此温度时，浸镀层厚度不再增加并约有减小。若要以得到较厚浸铝层为目的，浸镀时间以4min最佳。通过对得到的硬质阳极氧化膜的SEM分析表明，复合膜层比普通的氧化膜层致密很多。进一步通过膜的EDS可以看出，该膜主要由铝和氧组成，此外含有少量氟。这充分说明电解液中的PTFE微粒已进入氧化膜的微孔内，从而使得它的内部组织比普通氧化膜致密得多。
　　 在NaCl水溶液中对PTFE-Al203复合膜和普通Al203氧化膜进行耐腐蚀性试验，结果表明，PTFE-Al2O3复合膜的耐蚀性远远优于普通Al203膜氧化膜。在摩擦试验机上进行的耐磨性实验表明，复合膜的摩擦因数与电解液中PTFE浓度有密切关系，PTFE含量增加，摩擦因数会降低，当浓度超过25％时，摩擦因数变化不再明显。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 引言

1.1.1 15-5PH钢的材质、性能及用途

1.1.2 不锈钢表面防护处理研究现状

1.2 热浸镀锌和镀铝技术的发展历程及特点

1.2.1 国内外热浸镀锌、铝技术的研究状况

1.2.2 热浸镀铝镀层生长机制

1.2.3 钢材热浸镀铝的特点

1.2.4 钢材热浸镀铝的用途

1.3 铝合金阳极氧化研究与应用现状

1.4 钢铁表面制备Al2O3技术研究现状

1.5 硬质阳极氧化制备PTFE-Al2O3复合膜技术的研究现状

1.5.1 聚四氟乙烯（PTFE）性能特点

1.5.2 PTFE-Al2O3复合膜制备技术的发展及研究现状

1.6 本课题研究的内容、目标

1.6.1 研究内容

1.6.2 研究目标

1.7 本章小结

2 实验方法

2.1 实验材料

2.2 实验设备

2.3 实验工艺方案

2.5 浸铝层和氧化复合膜性能检测

2.5.1 浸铝层、氧化膜层结合强度

2.5.3 氧化膜厚度、硬度、粗糙度

2.5.4 浸铝层和复合氧化膜的SEM、EDS分析

2.5.5 氧化膜耐磨性

2.5.6 耐腐蚀性检测

2.6 本章小结

3 实验结果

3.1 热浸铝实验结果

3.1.1 热浸锌层微观形貌

3.1.2 热浸铝层

3.1.3 浸铝层微观形貌

3.1.4 浸镀层结合强度检测

3.2 硬质阳极氧化结果

3.2.1 普通阳极氧化膜外观及SEM形貌、EDS分析

3.2.2 PTFE-Al2O3复合膜形貌及EDS分析

3.2.3 硬质氧化工艺对复合膜的影响

3.2.4 复合膜厚度、硬度结果

3.2.5 复合膜耐蚀性结果

4 实验结果分析与讨论

4.1 热浸铝层质量对氧化膜形成的影响

4.1.1 预浸锌

4.1.2 浸铝工艺分析

4.2 影响复合膜性能的因素分析

4.2.1 温度对复合膜的影响

4.2.2 电解液浓度对氧化膜的影响

4.2.3 电流密度对氧化膜的影响

4.2.4 氧化时间对氧化膜的影响

4.3 PTFE-Al2O3氧化膜结果分析

4.3.1 PTFE微粒浸入Al2O3微孔原理

4.3.2 PTFE-Al2O3复合膜组成相分析

4.3.3 复合膜与基体的结合强度测试

4.3.4 复合膜耐腐蚀性分析

4.3.5 复合膜硬度变化分析

4.3.6 复合膜摩擦系数分析

4.3.7 复合膜粗糙度分析

4.4 本章小结

5 结论

参考文献