脉数对于微弧氧化起弧的影响

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1、脉数对于微弧氧化起弧的影响第一章前言第一章前言1.1目前铝及其合金的研究现状由于铝及其合金具有密度小、比强度高，再加上铝在地壳中的含量高等优势，所以把铝合金替代钢铁材料并推向大规模应用作为21世纪的设计目标[1]。尤其是在航空、航海、汽车行业运用比较广泛。随着铝合金各种性能的提高，其应用面在不断的扩大。虽然铝合金易与大气中的氧起反应生成一层致密的氧化膜，起到保护内部金属不受腐蚀的作用，但是由于这层氧化膜很薄，致使铝合金表面硬度低，耐磨性能差的弱点未能得到改善，生成的氧化膜在恶劣环境下（如碱性条件和海洋环境下）耐腐蚀性也差。所以要将铝及其合金

2、推向大规模应用，必须对铝合金进行表面处理以提高它的耐腐蚀性和耐磨特性。在提高耐蚀性能方面的表面处理方法有阳极氧化、电镀、热喷涂等技术。所谓阳极氧化是利用电化学沉积和反应原理在金属表面形成一种特殊的化学转化膜。铝及其合金阳极氧化处理后表面可得到硬度高、抗腐蚀、耐高温的多孔氧化膜。该膜具有较高的化学稳定性、吸附性，可作为涂装底膜；若对其作各种染色或着色处理，也可增强表面装饰性能。同时，氧化膜的热导率低，可作为隔热和抗热保护层。但是阳极氧化具有一系列的缺点：阳极氧化膜层有很多微孔，通常孔隙率高达50%；由于阳极氧化的电流效率低，所以得到一层几十微

3、米厚的氧化膜层就通常需要几个小时；通常情况下的电解液为PH值很低的酸性溶液，其废液不能直接排放处理；阳极氧化技术不能氧化大多数的压铸铝合金，对于许多形状复杂的航空和汽车部件也不能氧化；硬阳极氧化对温度要求特别严格，通常在5℃以下的低温条件下进行，这大大降低了生产效率和提高了生产成本。在提高材料耐磨性能方面，由于材料的硬度越高其耐磨性能就越好。1[2]2010届材料科学与工程专业毕业设计（论文）所以想方设法把铝合金与陶瓷材料复合起来，即在铝合金表面覆盖上一层陶瓷层，这样既满足了表面耐磨特性，又不影响铝合金的原有性能。迄今为止，已经研制出多种铝

4、合金表面陶瓷层沉积技术。化学气相沉积（CVD）广泛应用于典型的700~1000℃的高温条件下沉积氧化铝涂层（通常为Kappa氧化铝）。Schneider等研究工作者应用助离子磁电管散射PVD技术在金属基体上沉积氧化铝膜。Emmerich等等研制的离子束沉积技术可用来防止铝的点蚀,使钢均匀腐蚀。热喷涂也是一种用以沉积具有纳米晶结构的较厚Al2O3（和其他氧化物）陶瓷层的常见商业性技术。非晶Al2O3也可用其它材料通过溶胶凝胶法制取。纳米晶Al2O3复合膜层（如Ni/Al2O3复合膜层）可通过共沉积法制取。然而上面所提及的方法在处理时都涉及到高

5、温问题（如CVD,PVD和热喷涂）或需要后处理（如Sol-Gel），这可能降低基体和涂层的性能，或者不适合于在低熔点金属基体上沉积氧化铝。微弧氧化正好能克服这些缺点，所以材料研究者致力于微弧氧化技术方面的研究。铝合金材料的微弧氧化过程的突出特点是：(1)大幅度地提高了铝合金材料的表面硬度；(2)良好的耐磨损性能；(3)良好的耐热性及抗腐蚀性；(4)有良好的绝缘性能，绝缘电阻大于100MΩ。这从根本上克服了铝合金材料在应用中的缺点，因此该技术有广阔的应用前景。该技术有以下缺点：(1)使用的电压比较高，为了保证安全，需要增加防护措施；(2)消耗

6、电能较大；(3)加工完成后，后续处理比较麻烦；(4)可能发生烧结能量过分集中而产生的过烧及基体烧蚀现象。目前有关烧蚀机理的解释是由于微弧氧化过程中局部电流密度过大造成陶瓷膜层局部熔解和脱落，同时可能发生膜下金属的部分或全部熔解。发生局部烧蚀现象的影响因素可以分为诱发因素和外部影响条件，诱发因素主要是指危害杂质元素、工件表面状态、夹杂物和疏松等的影响；而外部条件是包括溶液配方、溶液状态、电参数、溶液温度等的影响[4]。2[3]第一章前言1.2微弧氧化技术的发展及现状随着现代工业及科学技术的发展，陶瓷材料以其特有的耐磨、耐蚀、耐高温等性能，丰富

7、的资源优势，成为继纲铁、铝材之后的第三代工程材料。但由于整体陶瓷材料脆性大，可加工性差，一直束缚其广泛应用。目前，在金属及合金表面制备陶瓷化涂层的传统方法有热喷涂、激光熔覆及微弧氧化等方法。喷涂技术及激光熔覆技术，是利用外界高密度能量，将外加物料在基体表面上熔覆而得到陶瓷化涂层，实际应用中涂层的尺寸精度、对基体复杂形状的敏感程度，表面粗糙度等问题一直都没有很好地解决。长期以来，材料科学工作者都致力于利用微弧氧化技术制备具有陶瓷特性的防护膜，已取得了一定的成果[5]。微弧氧化（Micro-arcOxidation简称MAO）又称微等离子体氧化

8、（MicroplasmaOxidation简称MPO）、阳极火花沉积（AnodicSparkDeposition简称ASD）或火花放电阳极氧化（德文缩写ANOF），它是一种直接在