【摘要】：鋁、鎂、鈦及其合金是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品輕量化設(shè)計(jì)的理想材料,已經(jīng)引起了高度重視。利用微弧氧化技術(shù)對(duì)其進(jìn)行表面改性處理,可以在其表面制備具有高硬度、高耐磨性的陶瓷膜層。然而利用微弧氧化技術(shù)制備的陶瓷膜層不具有減磨性能,在使用過(guò)程中嚴(yán)重影響材料摩擦學(xué)性能。因此,提高微弧氧化膜層的減磨性能具有重要意義。微弧氧化膜表面的微孔(簡(jiǎn)稱,膜孔)可以作為減磨材料的存儲(chǔ)單元。本文通過(guò)研究膜孔的形成機(jī)制,以期達(dá)到控制膜孔的大小、結(jié)構(gòu)、孔隙率來(lái)構(gòu)建理想孔隙的目的。通過(guò)調(diào)整孔的大小、結(jié)構(gòu)、孔隙率來(lái)控制微弧氧化膜層的硬度,增加減磨材料的存儲(chǔ)量以及加強(qiáng)減磨材料與微弧氧化膜的結(jié)合力。制備硬度適宜、結(jié)合力強(qiáng)、減磨性好的微弧氧化-減磨復(fù)合膜層。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)膜孔的大小、結(jié)構(gòu)和孔隙率的有效控制,研究了膜孔的形成機(jī)制,將膜孔形成分為三個(gè)階段:微弧氧化膜層內(nèi)等離子體源的形成、等離子體生長(zhǎng)發(fā)展、等離子體噴發(fā)流動(dòng)形成膜孔。研究微弧氧化膜孔形成過(guò)程中的起始階段微弧氧化絕緣膜層的導(dǎo)通機(jī)理,認(rèn)為場(chǎng)致電子發(fā)射是微弧氧化絕緣膜層導(dǎo)通的原因,分析了等離子體源形成機(jī)理。研究了膜孔形成前期等離子體的生長(zhǎng)、發(fā)展機(jī)制。分析了等離子體中帶電粒子的形成機(jī)制。分析了同種電荷之間的庫(kù)倫散射效應(yīng)對(duì)膜孔形成的作用機(jī)制。分析了外加強(qiáng)電場(chǎng)形成的電場(chǎng)力,以及由電場(chǎng)激發(fā)的磁場(chǎng)作用力。研究了外加強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)點(diǎn)電荷的分離機(jī)制,這種分離機(jī)制有效的促進(jìn)了點(diǎn)電荷之間的庫(kù)倫散射效應(yīng)對(duì)膜孔形成的作用機(jī)制。研究了磁場(chǎng)磁箍縮效應(yīng)對(duì)膜孔形成的作用機(jī)制。分析了等離子體振蕩對(duì)膜孔形成的作用機(jī)制。對(duì)膜孔形成過(guò)程中的熱量傳遞機(jī)制進(jìn)行了分析,分析了膜孔形成過(guò)程中的相變現(xiàn)象以及膜孔形成過(guò)程中的能量耗散問(wèn)題,建立了等離子體的生長(zhǎng)發(fā)展模型。研究了膜孔的形成機(jī)制,膜孔形成前期等離子體噴發(fā)流動(dòng)形成膜孔。等離子體噴發(fā)流動(dòng)的根源是膜孔內(nèi)存在熱壓力,分析了熱壓力的形成機(jī)制,對(duì)熱壓力在膜孔形成過(guò)程中的耗損方式進(jìn)行分析,建立了熱壓力耗散數(shù)學(xué)模型。研究了等離子體流動(dòng)的流型以及等離子體流動(dòng)的特點(diǎn)。等離子體流動(dòng)是湍流流動(dòng)。研究了等離子體湍流流動(dòng)的強(qiáng)化機(jī)制。建立了微弧氧化膜孔形成的物理模型。分析了微弧氧化膜孔形成的影響因素,包括電參數(shù)、電解液、摻雜粒子對(duì)膜孔形成的影響�；谖⒒⊙趸た椎男纬蓹C(jī)制,對(duì)微弧氧化膜孔進(jìn)行調(diào)控,分別采用調(diào)整微弧氧化電參數(shù)和在電解液中添加納米粒子添加劑的方法對(duì)基體材料進(jìn)行微弧氧化處理,對(duì)微弧氧化膜孔的結(jié)構(gòu)、大小、孔隙率進(jìn)行調(diào)控。研究了電參數(shù)和納米粒子添加劑對(duì)膜孔的大小、結(jié)構(gòu)和孔隙率,微弧氧化膜層的表面粗糙度,膜層厚度、膜層相成分的影響規(guī)律,研究表明,調(diào)整微弧氧化工藝可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微弧氧化膜孔大小、結(jié)構(gòu)和孔隙率的調(diào)控。微弧氧化膜層形成后,使用浸漬涂覆工藝,在微弧氧化膜孔中沉積減磨材料,兩步法來(lái)制備微弧氧化-減磨復(fù)合膜層。研究了膜孔大小、結(jié)構(gòu)和孔隙率對(duì)微弧氧化膜層與基體的結(jié)合力以及減磨材料與微弧氧化膜層的結(jié)合力的影響規(guī)律。研究表明,調(diào)整膜孔的大小、結(jié)構(gòu)和孔隙率,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)減磨材料與微弧氧化膜層之間結(jié)合力的調(diào)控。研究了微弧氧化-減磨復(fù)合膜層的減磨性能,對(duì)比分析了微弧氧化膜層、微弧氧化-減磨復(fù)合膜層的摩擦系數(shù)、磨痕形貌、磨損率,并分析了微弧氧化-減磨復(fù)合膜層的磨損機(jī)制。分析發(fā)現(xiàn)微弧氧化-減磨復(fù)合膜層展示了優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。提出了通過(guò)控制微弧氧化膜層表面的孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙率來(lái)改善微弧氧化膜層減磨性以及減磨材料與微弧氧化膜層之間結(jié)合力的方法。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG174.4
【圖文】：

a) 10.0 g/L b) 15.0 g/L c) 20.0 g/L圖 1-2 含有不同濃度 Na3PO4·12H2O 電解液中制備的微弧氧化陶瓷膜[57]Fig. 1-2 MAO films prepared in an electrolyte with differentconcentrations Na3PO4·12H2O[57]Duarte L T[60]等人對(duì)純鈦以及鈦的兩種合金 Ti6Al4V 和 Ti6Al7Nb 三種基

e) 15 min1-3 在處理時(shí)間條件下制備的微弧氧化膜形貌及直徑超過(guò) 3 μm 微孔的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 1-3 SEM morphologies and statistical data of micropores with diameter exceedingof the MAO films at different oxidation times[63]Xiong Y[67]等人在硅酸鹽系電解液中對(duì) AZ80 鎂合金進(jìn)行微弧氧化處 K2TiF6等對(duì)微弧氧化膜層表面形貌的影響，如圖 1-4 所示，他們發(fā)

c) 5 g/L d) 10 g/L圖 1-4 在含有不同濃度 K2TiF6電解液中制備的微弧氧化膜[67]. 1-4 MAO films prepared in an electrolyte with different concentrations K2TiFengiz S 和 Azakli Y[70]等人在鋯基材料上進(jìn)行微弧氧化處理，研微弧氧化膜層表面微孔的變化，他們延長(zhǎng)沉積陶瓷膜的時(shí)間，

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2751124