微弧氧化扫描处理技术及应用研究

摘要

我国高铁建设大量使用铝合金材料，如接触网零部件、高铁线路声屏障等。在铁路沿线的污染或潮湿区段，接触网铝合金部件存在明显的腐蚀问题，给高铁运营安全带来安全隐患，因此，必须重视铝合金服役中的防腐蚀问题。
　　微弧氧化技术是一种直接在铝、镁、钛等阀金属表面原位生长陶瓷膜的新型绿色环保表面处理技术，分为浸入式和扫描式两种。
　　本论文针对接触网用AlSi7Mg0.3铝合金，开展扫描式微弧氧化制备工艺研究，并对扫描式和浸入式微弧氧化层的膜层特性进行了探讨。取得以下研究成果:
　　(1)研究了扫描速度对成膜效率、扫描阴极与基体间距离等对膜层特性的影响，确定了AlSi7Mg0.3铝合金扫描式微弧氧化层的制备工艺。
　　(2)扫描电镜的分析结果表明，扫描式微弧氧化层为多孔结构，其表面形貌与浸入式微弧氧化层相似。扫描式微弧氧化层中微裂纹出现频率更高，电流密度越大，膜层中产生裂纹的倾向越高。电流密度在10A/dm2以下时，膜层截面形貌良好，电流密度达到30A/dm2左右时，基体与陶瓷层发生断裂。
　　(3) XRD结果表明，相比于浸入式微弧氧化层，在扫描式微弧氧化层中α-Al2O3相的含量更高，
　　(4)扫描式微弧氧化层的硬度具有外层高内层低的特点，外层硬度可达到1538.2HV。
　　(5)扫描阴极与工件间的距离、阴极扫描速度影响膜层的耐腐蚀性能，距离5mm、扫描速度3mm/min时，膜层具有较好的耐蚀性能。
　　(6)扫描式微弧氧化在处理过程中，输出功率对电压影响较小，稳定在1200V左右，但其值及正负电压差均高于浸入式微弧氧化。电流差基本无变化，维持在3.5-5A之间。
　　(7)扫描式微弧氧化层在生长的初期仅生成γ-Al2O3相，在处理过程中后期才有α-Al2O3相生成，此外，膜层中还有一部分mullite相与Al2(SiO4)O。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 微弧氧化技术的发展现状

1．2．1 浸入式微弧氧化技术研究现状

1．2．2 扫描式微弧氧化技术研究现状

1．3 课题主要研究内容

2 AlSi7Mg0．3合金的扫描式微弧氧化工艺

2．1 扫描式微弧氧化装置设计

2．2 实验方法

2．2．1 实验材料

2．2．2 微弧氧化设备

2．2．3 微弧氧化工艺流程

2．2．4 电解液体系

2．2．5 正交实验设计

2．2．6 陶瓷层分析手段

2．3 扫描式微弧氧化电源

2．3．1 直流电源测试

2．3．2 交流电源测试

2．4 工艺参数的影响

2．4．1 阴极传动速度的影响

2．4．2 阴阳极间距离与电源档位的影响

2．5 陶瓷层叠加实验

2．6 本章小结

3 浸入式与扫描式微弧氧化陶瓷层组织与性能对比研究

3．1 陶瓷层生长速率

3．2 陶瓷层微观形貌

3．2．1 表面形貌

3．2．2 截面形貌

3．3 陶瓷层组成分析

3．3．1 陶瓷层的元素组成

3．3．2 陶瓷层相组成

3．4 陶瓷层显微硬度

3．5 陶瓷层耐腐蚀性能分析

3．6 本章小结

4 扫描式微弧氧化成膜机理

4．1 扫描式微弧氧化弧光放电原理

4．2 扫描式微弧氧化过程中化学与电化学反应

4．3 扫描式微弧氧化中的电场电源特性

4．4 扫描式微弧氧化的成膜分析

4．5 本章小结

5 结论

参考文献

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