本文關(guān)鍵詞：鋁合金微弧氧化膜生長(zhǎng)機(jī)制及性能研究

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【摘要】：微弧氧化膜因其良好的耐磨、耐腐蝕等特性,廣泛應(yīng)用航空、航天等領(lǐng)域。為了進(jìn)一步研究微弧氧化成膜機(jī)理及膜層性能,通過(guò)在Na_2SiO_3-Na_5P_3O_(10)-CH_3COONa電解液體系中,對(duì)純鋁進(jìn)行微弧氧化,分別制備出微弧氧化膜和微弧氧化/ZrO_2復(fù)合膜。通過(guò)SEM觀察膜層表面、微弧氧化膜中間層、膜/基界面及截面的形貌,利用EDS和XRD分別對(duì)元素及物相進(jìn)行分析,初步摸索膜層的生長(zhǎng)機(jī)理及第二相粒子的沉積機(jī)理。在理論研究的基礎(chǔ)上,制備含有α-Al_2O_3微粒的鑄造Al-Si合金微弧氧化膜,并研究其耐磨性與耐蝕性。研究結(jié)果表明:純鋁微弧氧化膜的生長(zhǎng)是雙向進(jìn)行的。初始時(shí)膜層以向外生長(zhǎng)為主;而在中后期,膜層向外向內(nèi)同時(shí)生長(zhǎng),但向內(nèi)生長(zhǎng)起主導(dǎo)作用。通過(guò)膜層表面、微弧氧化中間層及膜/基界面可以看到整個(gè)膜層中存在著尺寸相當(dāng)、貫通的放電通孔,并且界面形貌不斷變化。初步認(rèn)為在微弧氧化過(guò)程中,高溫高壓使得放電區(qū)域形成溫度較高的熔池,熔池的產(chǎn)生不斷地改變基體。而生成的熔融產(chǎn)物中,有的直接沉積下來(lái),替代被消耗掉的基體,有的隨放電通道噴射出去,于膜層中形成通孔和孔洞。通過(guò)建立微弧氧化膜層生長(zhǎng)模型,詮釋膜層雙向的生長(zhǎng)方式,形貌及結(jié)構(gòu)的變化、放電通孔及熔池的存在以及兩者對(duì)膜層生長(zhǎng)的重要性。通過(guò)計(jì)算得到從外到內(nèi)微弧氧化/ZrO_2復(fù)合膜三個(gè)平面上ZrO_2平均含量分別為17.64%、6.85%及7.17%。微弧氧化初期,由于陽(yáng)極氧化膜層較薄,顆粒嵌入膜層較容易,使得顆粒與顆粒之間形成薄弱區(qū)域。試樣表面開(kāi)始出現(xiàn)火花時(shí),顆粒間的陽(yáng)極膜首先被擊穿放電形成熔池,熔融物質(zhì)在高溫高壓的作用下向外噴射將顆粒覆蓋,且隨著膜層的變厚,ZrO_2顆粒不斷地被放電產(chǎn)生的熔池所捕捉而進(jìn)入膜層。根據(jù)以上結(jié)論初步建立ZrO_2顆粒沉積模型為:首先參與陽(yáng)極氧化膜的成膜過(guò)程,改變膜層結(jié)構(gòu);中后期沉積主要通過(guò)放電通孔、熔池的捕捉共同作用進(jìn)入膜層。α-Al_2O_3微粒改變了鑄造Al-Si合金微弧氧化膜的組成及結(jié)構(gòu),同時(shí)提高了其耐磨和耐蝕性。未添加α-Al_2O_3微粒時(shí),膜層呈多孔結(jié)構(gòu),主要相結(jié)構(gòu)為γ-Al_2O_3。加入α-Al_2O_3微粒后,復(fù)合膜致密性大幅提高,表面粗糙度Ra降低。復(fù)合膜與GCr15對(duì)磨時(shí)的摩擦系數(shù)僅為0.20~0.25;摩擦后,表面只有微少磨損斑點(diǎn),比磨損率為0.77×10~(-6) mm3?N~(-1)?m~(-1),僅為基體的14%和微弧氧化膜的65%。另外復(fù)合膜的孔隙結(jié)構(gòu)電阻Rp、致密結(jié)構(gòu)電阻Rb均大于微弧氧化膜的Rp及Rb;自腐蝕電流密度為4.23×10~(-6) A·cm~(-2),比微弧氧化膜約低了1個(gè)數(shù)量級(jí);在鹽霧試驗(yàn)中可通過(guò)1440h,而微弧氧化膜只達(dá)到1200h。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG174.4

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本文編號(hào)：1270582