铝合金表面绿色微弧氧化膜层的制备工艺及组织结构

摘要

铝及其合金具有密度小、导电和导热性能好、延展性好、比强度高、易加工等优点，因此被广泛应用在建筑、汽车、航空航天和船舶等工业领域，但硬度低、耐磨耐蚀性差，表面颜色单一等缺点限制了其更广泛的应用。通过对铝及其合金进行表面处理可以克服这些缺点，在合金表面获得性能优良的彩色陶瓷膜层，因此，铝及其合金的表面着色研究具有重要的理论和实用价值。
　　目前用于铝及其合金的表面着色技术主要包括化学染色法、整体染色法、电解着色法、电泳法、微弧氧化法等。作为一种新兴的着色技术，微弧氧化法因可以在合金表面形成高结合强度、高硬度、耐磨、耐蚀的颜色可调且色泽稳定的陶瓷膜层等优势而具有较高的应用价值。
　　本论文以6063铝合金为基体，在硅酸钠-氢氧化钾(Na2SiO3-KOH)作为主电解液体系中加入甘油和氟化钾(KF)，以钒酸氨(NHWO3)为着色剂，配制着色电解液，制备绿色微弧氧化陶瓷膜层，研究了电解液参数和电参数对微弧氧化膜层组织结构和性能的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)分别对膜层的相组成、微观形貌和元素含量进行表征，分别采用涡流涂层厚度仪、划痕试验仪对微弧氧化陶瓷层的厚度及与基体的结合强度进行检测，利用电化学腐蚀方法对陶瓷层的电化学耐蚀性能进行分析，优化工艺参数，制备出性能良好的绿色微弧氧化膜。
　　试验结果表明，微弧氧化过程中，电解液成分NH4VO3、Na2SiO3，正、负电压和正占空比对膜层部分性能的影响规律相似，随着不同影响因素的升高，膜层的颜色逐渐变深;膜层中微孔的孔径、膜层厚度逐渐变大，膜层的耐蚀性能及膜层与基体的结合力先增大后又减小;KF的加入有利于膜层的结合强度和膜层的耐蚀性的提高;随着含量的增加，膜层的粗糙度有所增大，膜层的厚度逐渐增大，基体与膜层间的结合力逐渐增大，膜层的耐蚀性能先增大后减小。通过分析比较得出，当NH4VO3、Na2SiO3和KF的浓度分别为为6g/L、8g/L和0.5g/L，当正向电压、负向电压和正占空比分别为440V、-40V和30％时，膜层质量最好。另外，NH4VO3在微弧氧化反应过程中分解生成了V2O5，膜层中的V2O5使得陶瓷膜层呈现出绿色。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 铝及其合金概述

1．2 铝及其合金表面着色技术

1．2．1 铝及其合金表面传统着色技术

1．2．2 铝及其合金表面新型着色技术

1．3 微弧氧化表面处理工艺

1．3．1 微弧氧化技术的发展史

1．3．2 微弧氧化技术的研究现状

1．4 微弧氧化技术的特点和应用

1．4．1 微弧氧化技术的优点

1．4．2 微弧氧化技术的应用

1．4．3 微弧氧化技术的原理及过程

1．4．4 微弧氧化膜层的结构

1．4．4 雨水和海水中铝合金徽弧曩化陶瓷膜层的电化学性质

1．4．5 微弧氧化的影响因素

1．5 本课题研究内容

第二章 试验材料和方法

2．1 试验原料

2．2 试样加工及膜层制备

2．2．1 微弧氧化过程中电解液的配制

2．2．2 微弧氧过程中的电参数

2．3 微弧氧化陶瓷膜层的性能检测

2．3．1 膜层外观

2．3．2 膜层厚度的测试

2．3．3 扫描及场发射电子显微电镜(SEM、FE-SEM)

2．3．4 X射线衍射分析(XRD)

2．3．5 X射线光电子能谱分析(XPS)

2．3．6 电化学性能测试

2．3．7 划痕测试

第三章 绿色膜层在不同电解液中的组织结构与性能

3．1 NH4VO3对绿色陶瓷膜层的影响

3．1．1 NH4VO3对绿色膜层颜色的影响

3．1．2 NH4VO3对绿色膜层膜厚的影响

3．1．3 NH4VO3对绿色膜屡相组成的影响

3．1．4 NHVO3对绿色膜层微观形貌的影响

3．1．5 NH4VO3对绿色膜层与基体结合力强度的影响

3．1．6 Nil4VO3对绿色膜层耐蚀性的影响

3．2 Na2SiO3对绿色膜层的影响

3．2．1 Na2SiO3对绿色膜层颜色的影响

3．2．2 Na2SiO3对绿色膜层膜厚的影响

3．2．3 Na2SiO3对绿色膜层相组成的影响

3．2．4 Na2SiO3对绿色膜层微观形貌的影响

3．2．5 Na2SiO3对绿色膜层与基体结合力强度的影响

3．2．6 Na2SiO3对绿色膜层耐蚀性的影响

3．3 KF对绿色膜层的影响

3．3．1 KF对绿色膜层颜色的影响

3．3．2 KF对绿色氯化胰层膜厚的影响

3．3．3 KF对绿色膜层相组成的影响

3．3．4 KF对绿色膜层微观形貌的影响

3．3．5 KF对绿色膜层与基体结合力蓉度的影响

3．3．6 KF对微弧氧化膜层耐蚀性能的影响

3．4 小结

第四章 绿色膜层在不同电参数下组织结构与性能

4．1 正向电压对绿色膜层的影响

4．1．1 正向电压对绿色膜层颜色的影响

4．1．2 正向电压对绿色膜层膜厚的影响

4．1．3 正向电压对绿色膜层相组成的影响

4．1．4 正向电压对绿色膜层微观形貌的影响

4．1．5 正向电压对绿色膜层与基体结合力强度的影响

4．1．6 正向电压对绿色膜层耐蚀性的影响

4．2 负向电压对绿色化膜层的影响

4．2．1 负向电压对绿色膜层颜色的影响

4．2．2 负向电压对绿色膜层膜厚的影响

4．2．3 负向电压对绿色膜层相组成的影响

4．2．4 负向电压对绿色膜层微观形貌的影响

4．2．5 负向电压对绿色膜层与基体结合力强度的影响

4．2．6 负向电压对绿色骥层耐蚀性的影响

4．3 占空比对绿色膜层的影响

4．3．1 占空比对绿色膜屡颜色的影响

4．3．2 占空比对绿色膜层膜厚的影响

4．3．3 占空比对绿色膜层相组成的影响

4．3．4 占空比对绿色膜层徽观形貌的影响

4．3．5 占空比对绿色膜层与基体结合力强度的影响

4．3．6 占空比对绿色膜层耐蚀性的影响

4．4 小结

第五章 绿色膜层成膜机制探讨

5．1 绿色膜层的最优参数

5．2 微弧氧化过程中电压、电流和时间的关系

5．3 截面形貌及元素分布

5．4 绿色膜层的显微组织与元素面分布

5．5 绿色膜屡的成膜机理

5．6 小结

第六章 结论

参考文献

致谢