本文選題：掃描式微弧氧化　切入點(diǎn)：工藝參數(shù)　出處：《北京交通大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：槽式微弧氧化技術(shù)(MAO)作為閥金屬表面改性的重要技術(shù),在提高材料防腐、耐磨、絕緣等方面展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。然而在大面積工件的處理、零件陶瓷膜局部修復(fù)等方面,槽式微弧氧化處理在裝備、效率和經(jīng)濟(jì)性上均存在較大的局限性�；诖�,本文提出了掃描式微弧氧化(SMAO)技術(shù)方法,并對(duì)SMAO陶瓷膜的制備工藝、放電特性、陶瓷膜生長(zhǎng)機(jī)制、組織結(jié)構(gòu)及服役性能開(kāi)展了深入系統(tǒng)的研究。借鑒電刷鍍技術(shù)的工作原理和工藝方法,研發(fā)了成膜軌跡可控的SMAO裝備和工藝方法,探討了電極間距、掃描轉(zhuǎn)角、掃描速度、掃描道次等關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)鋁合金表面陶瓷膜生長(zhǎng)規(guī)律、粗糙度及顯微硬度等膜層特性的影響,揭示了工藝參數(shù)對(duì)膜層特性的作用規(guī)律。研究表明:電極間距越短,成膜效率越高;掃描轉(zhuǎn)角0°時(shí)成膜效率最高;陶瓷膜厚度低于40 μm時(shí),單次成膜更經(jīng)濟(jì),陶瓷膜厚度大于40 μm,則多次成膜效率更高。針對(duì)A356合金,研究了工藝參數(shù)對(duì)SMAO微弧放電特征的影響規(guī)律,建立了 A356鋁合金SMAO復(fù)合放電模型。研究表明,縮短電極間距將有效地降低擊穿電壓,降低掃描速度有利于增加單個(gè)火花的能量,SMAO發(fā)生A型放電的基本條件為電壓達(dá)到臨界擊穿電壓,發(fā)生B型放電的基本條件為單個(gè)微弧能量和電壓都達(dá)到臨界值;并通過(guò)分析SMAO過(guò)程中SiC顆粒的演變機(jī)制,證實(shí)了 SMAO過(guò)程中陶瓷膜內(nèi)部存在D型放電�；赟MAO陶瓷膜的表面截面形貌、組織結(jié)構(gòu)等膜層特性研究,建立了 SMAO陶瓷膜的生長(zhǎng)模型。SMAO陶瓷膜外層存在不連續(xù)的"緊密重熔層",陶瓷膜生長(zhǎng)是"成膜→原位生長(zhǎng)、表層重熔→再成膜"的多次循環(huán)的過(guò)程。SMAO陶瓷膜的組成和成膜機(jī)理與定點(diǎn)噴射處理和傳統(tǒng)槽式處理具有明顯的區(qū)別。鋁合金SMAO陶瓷膜的服役性能研究表明:陶瓷膜的硬度約為1000～1400 HV0.1,膜/基結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)80 MPa;電化學(xué)分析顯示陶瓷膜的腐蝕電流密度較鋁合金降低4～5個(gè)數(shù)量級(jí),陶瓷膜具有優(yōu)異的耐腐蝕性能;干摩擦條件下,SMAO陶瓷膜具有良好的摩擦磨損性能,其厚度大于50 μm時(shí)磨損機(jī)制以機(jī)械拋光和脆性微斷裂為主,厚度低于20 μm時(shí)因陶瓷膜的擠壓破碎,磨損機(jī)制變?yōu)槟チＤp。掃描式微弧氧化技術(shù)是傳統(tǒng)槽式微弧氧化技術(shù)的補(bǔ)充,本文的研究工作對(duì)SMAO技術(shù)的推廣應(yīng)用具有重要的理論指導(dǎo)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
[Abstract]:As an important technology of metal surface modification, trough micro arc oxidation (MAO) has shown a broad application prospect in improving material corrosion, wear resistance, insulation and so on.However, in the treatment of large areas of workpieces and the partial restoration of ceramic film, slot micro-arc oxidation treatment has great limitations in equipment, efficiency and economy.Based on this, a scanning arc oxidation (SMAO) technique was proposed, and the preparation process, discharge characteristics, growth mechanism, structure and service performance of SMAO ceramic membrane were studied systematically.Based on the working principle and technology of brush plating technology, the SMAO equipment and process method with controllable film-forming trajectory are developed, and the electrode spacing, scanning angle, scanning speed are discussed.The effects of the key process parameters such as scanning pass order on the growth rule, roughness and microhardness of ceramic film on aluminum alloy surface are discussed. The effects of process parameters on the film characteristics are revealed.The results show that the shorter the electrode spacing, the higher the film-forming efficiency, the higher the film-forming efficiency is when the scanning angle is 0 擄, and when the thickness of ceramic film is less than 40 渭 m, the single film formation is more economical, the thickness of ceramic film is more than 40 渭 m, and the multiple film-forming efficiency is higher.For A356 alloy, the influence of process parameters on the characteristics of SMAO microarc discharge was studied, and the composite discharge model of A356 aluminum alloy SMAO was established.The results show that the reduction of electrode spacing will effectively reduce the breakdown voltage and the scanning speed will increase the energy of a single spark. The basic condition for the type A discharge of SMAO is that the voltage reaches the critical breakdown voltage.The basic condition of B type discharge is that the single arc energy and voltage reach the critical value, and by analyzing the evolution mechanism of SiC particles in the SMAO process, it is proved that the D type discharge exists in the ceramic film in the SMAO process.Based on the study of the surface cross-section morphology and microstructure of SMAO ceramic film, the growth model of SMAO ceramic membrane was established. There was a discontinuous "compact remelting layer" in the outer layer of SMAO ceramic film.The composition and film forming mechanism of SMAO ceramic membrane are different from that of fixed point spray treatment and traditional trough treatment.The study on the service performance of aluminum alloy SMAO ceramic film shows that the hardness of ceramic film is about 1 000 ~ 1 400 HV0.1, the bonding strength of the film / substrate can reach 80 MPA, and the electrochemical analysis shows that the corrosion current density of ceramic film is 4 ~ 5 orders of magnitude lower than that of aluminum alloy.The ceramic film has excellent corrosion resistance, and SMAO ceramic film has good friction and wear performance under dry friction condition, and the wear mechanism is mainly mechanical polishing and brittle micro-fracture when its thickness is more than 50 渭 m.When the thickness is less than 20 渭 m, the wear mechanism becomes abrasive wear due to the crushing of ceramic film.Scanning micro-arc oxidation (SMAO) technology is a supplement to the traditional trough micro-arc oxidation technology. The research work in this paper has important theoretical guiding significance and engineering application value for the popularization and application of SMAO technology.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG174.453

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本文編號(hào)：1718382