铝合金微弧氧化工艺研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文铝合金微弧氧化工艺研究姓名：马晋申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：胡正前2003.5.1武汉理丁=大学研究生硕J：举位论文摘要铝及其余金在工业上的应用越来越广泛，但铝及其合金的表露磴度祗，辩

2、癌撰後戆差，辩鑫纯锈溶滚窝笼税酸簿溶液斡辩瘸蚀蚀差，制约了铝仑金的应用。可以通过表两涂装、热喷涂、气摺沉积、电镀、化学转化膜、电化学氧化等袭西处理方法对铝会金表面进行处理，褥高铝合龛表面性能，其中较常用的是电化学氧化方法中的阳极氯化工艺。阳极飘化工艺基本原理是，将铝或锈会金在碱瞧或酸靛邀织滚中{睾为黧掇进嚣邀位学襞纯，获褥具有良好机械性能及耐腐蚀性能

3、的氧化膜。氧化膜主器由无定形氧化物组成。微弧氧诧工琶又称为搬等离予钵氧稼工艺或鬻缀灾花流较工艺，是在阳极氧化工艺基础上发展而来的新兴表面处理工蕊。这是～秘在较会金表瑟通过微镣离子体放电，进行复杂的电化学、等离子化学和热仡举过程原位生长戴纯物陶瓷膜层的新工琶，微弧氯化工艺生成的陶瓷氧化膜厚度可达20¨300um。显微硬度最高掰达HV2000辍一毫，辍大提褰了镪会金豹疰瘸范溺。本文通过一系列以交流电为电源的铝含会微弧氧化工艺实验，研究微弧氧化过程中陶瓷氧化膜层的生长规律，不同电解质缢成和浓凄辩陶瓷裁仡簇熏长蠡萼影喻，鞋及微弧氧纯过程审毫辍问电压、试样表面电流密殿及微弧瓴化时间等工

4、艺参数对陶瓷氧化貘生长豹影响。采用扫撰电镜(SEM)及x射线辑射握结构分析(xRD)对陶瓷筑化膜微观形貌及膜层缩构进行分析，对陶瓷氧化膜的厚度、显微硬度、耐热冲出性、耐腐蚀性及抗外力冲击憝力进行了溺试。SEM分析表明，陶瓷甄化膜层由疏松朦和致密层构成，敦密层约为整个膜层厚度的2／3。XRD分析表明陶瓷氧化膜中台有y-A1203稻d-A1203酷稆成分，其中d—A1203褶随氧纯辩闻瓒多。试样经微弧氧化处理后，再进行500℃×60min的热处理，可以使建瓷氧纯貘中菲鑫穗囱7一A120s蜩转变。陶瓷氧化膜性能测试表明氧化膜其有良好的抗热冲击饿，经过10次600"C一25℃激热一激

5、冷冲击，氧化膜表面无裂纹：氧化膜舔藤镀毪氇缀努，在20℃匏10％NaCI溶液，10％HCl滚液，10％NaOH溶液中浚蚀72小时，试样在分析天平测量范围内无失重。陶瓷氧髓：膜上的孔隙降低表露防腐蚀熊力，对孔隙封闭处理后W大幅稳离腐镶防护能力。其抗矫力冲戎驻力毽较强，餐锅台金旗体的机械性能制约了氧化膜的抗外力冲击能力。陶瓷飘化膜豹照微硬瘦达HVl800。武汉理工人学研究生碳I?学位论文实验表明，陶瓷氧化膜层的生长过程可分为六个步骤：1．表面阻挡层的生成，即微弧氧化初始阶段试样表面会很快形成～层致密的无定形氧化膜；2．阻挡层的电击穿。升高电极间电压，使阻挡层电击穿，产生火花放电：

6、3．无定型氧化膜层的生长。电极间电压及试样表面电流密度较低时，火花放电较弱，陶瓷氧化物形成较少，主要是无定形氧化膜的生长；4．局部陶瓷氧化膜层的形成。即无定形氧化膜在微等离子体放电产生的微区高温高压作用下瞬问融化，又在电解液作用下迅速凝固，晶化为含有Y．A1203和Q．A1203晶相成分的晶型陶瓷氧化物颗粒，陶瓷氧化物颗粒不断长大，与邻近的陶瓷氧化物颗粒互相烧溶连接，形成局部陶瓷氧化膜；5．陶瓷氧化膜的电击。即电极间电压及试样表面电流密度增高，使陶瓷氧化膜电击穿；6．陶瓷氧化膜层的生长，陶瓷氧化膜增厚，等离子体放电发生在氧化膜的放电孔隙中，熔融氧化物从孔隙喷出瞬间凝固，陶瓷氧

7、化膜不断生长。．实验表明，电解液的性质是微弧氧化工艺中关键的因素。电解液中电解质的组成和浓度对微弧氧化的电参数有直接影响。不同电解质组成的电解液，微弧氧化的起弧电压不同，对试样表面电流密度的影响也不同。电解液浓度升高，起弧电压下降，电极表面电流密度上升。实验表明，电解液的温度、电极表面积以及电解液在电解槽中的截面积都对微弧氧化过程电参数有影响。电解液温度上升，试样表面电流密度增大，电解液对氧化膜的溶解速度也增大，F乜解液温度升高总的效果是对氧化膜的生长和膜层的厚度与性能造成不利影响；电极表面积增大会使试样表面电流密度减小，起弧电压升高；电解液在电解槽中的截面积增大相对提高了电

8、解液中的传质效率，使试样表面电流密度增大。试样的外形对氧化膜膜层的均匀性有影响，圆柱形试样上氧化膜的均匀性比方形试样好。实验表明，氧化膜的溶解速度对陶瓷氧化膜的生长有重要影响。微弧氧化陶瓷膜的形成过程是：氧化膜的生成与溶解交替发生，生成速率大于溶解速率的过程。在一定条件下，适当增大膜层的溶解速率可以增快膜层的生长。不同电解质组成电解液对氧化膜的溶解能力不同，配制电解液时，可以通过加入具有不同溶解速度的电解质来控制电解液对氧化膜的溶解速度，使氧化膜的生长速度提高，膜层厚度增大，以获得最佳成膜效率。实验中在