柴油机铝合金活塞表面自修复耐磨陶瓷层制备及性能研究

摘要

铝合金在船舶柴油机活塞上的应用具有重要意义，然而其表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能上的缺陷制约了铝合金活塞的广泛应用。因此，需要对其进行表面强化处理。微弧氧化技术可以在铝合金表面制备一层具有高硬度、耐磨、耐腐蚀等性能的陶瓷层。在电解液中添加蛇纹石自修复微纳米颗粒后，可以得到一层具有自修复性能的耐磨陶瓷层。　　本文利用正交试验法设计了电解液参数和电源参数的优化方案，使用扫描电镜探究了膜层的表面形貌、截面形貌及元素组成，测量了膜层厚度、粗糙度、显微硬度，进行了摩擦磨损试验，确定了制备陶瓷层的最佳工艺参数;使用高能球磨法制备了蛇纹石微纳米颗粒，将蛇纹石粉体添加到电解液中进行微弧氧化试验，以得到含有蛇纹石微纳米颗粒的复合陶瓷层，并对添加蛇纹石的浓度进行了优化;对试件进行摩擦磨损试验，并对试验前后膜层的表面形貌和元素组成进行分析，来研究膜层的自修复性能。　　通过设计正交试验对微弧氧化过程中的电解液参数、电源参数进行优化。综合陶瓷膜的膜厚、硬度、粗糙度、以及表面形貌、截面形貌等指标，对电解液参数、电源参数进行优化。所得电解液参数为:硅酸钠浓度为8g/L、氢氧化钾浓度为2.5g/L、钨酸钠浓度为5g/L、EDTA2g/L;电源参数为:正向电压为420V、负向电压为130V、占空比为20％、频率为500Hz、氧化时间为1h。按照得到的最优工艺参数制备复合陶瓷层，当蛇纹石浓度为6g/L时，陶瓷层性能最优。贫油状态下，在摩擦磨损试验中与陶瓷膜对磨，复合陶瓷膜中Si元素的含量升高，摩擦表面生成一层保护膜，制备的复合陶瓷膜具有较好自修复性。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景

1．2 微弧氧化技术的简介

1．2．1 微弧氧化的基本原理

1．2．2 微弧氧化技术的特点

1．2．3 微弧氧化技术的应用领域

1．3 微弧氧化技术的发展及研究现状

1．3．1 微弧氧化技术的发展

1．3．2 铝合金微弧氧化技术的研究现状

1．4 微纳米添加剂的研究现状

1．5 微弧氧化复合陶瓷层的研究

1．6 本文的研究内容

第2章 试验方案及陶瓷层分析方法

2．1 微弧氧化装置

2．2 电解液循环冷却系统

2．3 电解液搅拌装置

2．4 试验材料及预处理

2．5 试验方案

2．6 陶瓷层的性能分析

2．6．1 陶瓷层膜厚的测量

2．6．2 显微硬度的测量

2．6．3 粗糙度的测量

2．6．4 表面形貌的测量

2．6．5 截面形貌的测量

2．6．6 耐腐蚀性能的测量

2．7 本章小结

第3章 铝合金表面微弧氧化过程影响因素研究

3．1 电解液参数对微弧氧化陶瓷层的影响

3．1．1 电解液溶液体系的选择

3．1．2 电解质浓度对陶瓷层的影响

3．1．3 陶瓷层性能分析

3．2 电源参数对微弧氧化陶瓷层的影响

3．2．1 实验参数

3．2．2 电源参数对陶瓷层的影响

3．2．3 陶瓷层性能分析

3．3 本章小结

第4章 铝合金微弧氧化自修复复合陶瓷层性能分析

4．1 蛇纹石微纳米颗粒的制备

4．2 铝合金活塞表面自修复复合陶瓷层的制备

4．2．1 复合陶瓷层的制备

4．2．2 蛇纹石微纳米颗粒浓度对复合陶瓷层性能的影响

4．3 铝合金活塞表面复合陶瓷层自修复性的研究及分析

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

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