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1、第卷第期无机材料学报,年月,文章编号一一一不锈钢表面膜的微弧氧化制备,‘,,‘杨钟时贾建峰田军贺德衍兰州大学物理系,兰州中国科学院兰州化学物理研究所固休润滑国家重,兰州点实验室摘要报道了在奥氏体不锈钢表面制备氧化物陶瓷膜的新方法首先用热浸镀工艺在不锈钢表面镀铝,然后利用铝的微弧氧化形成了陶瓷膜对所获得的样品进行了断面形貌观、,一察成分和相组成分析发现在金属间化合物上形成的陶瓷膜主要由和午构,一一,,成守的含量高于。对其硬度测试发现从基底到表面硬度呈梯度分布氧化物陶瓷表面的硬度约为,热,关键词奥氏体不锈钢浸镀微弧氧化陶瓷膜中图分类号文献标识码引言自从等,人发
2、展了弧光放电下在铝阳极上制备氧化物的微弧氧化沉积技术以来人们探讨,了在多种金属表面利用微弧氧化形成氧化物膜的可能性微弧氧化技术因此取得,了长足的进展并已初步应用于工业生产中微,弧氧化技术突破了传统电化学技术中在法拉第区域进行阳极氧化的限制将外加电压由几十伏提高到几百伏当外加电压超过初始阶段在金属表面形成的钝化膜的击穿电压时,呈、、、,,现出电晕辉光微弧放电火花斑等现象在局部形成了高温高压等离子体从而,,使非晶结构的氧化层产生复杂的物理化学反应导致结构和物相的变化通常可以形成一,,层与烧结的陶瓷结构相似的氧化物陶瓷膜用该技术制备的陶瓷膜与基底的结合力强、、,
3、具有良好的耐磨损耐腐蚀耐热冲击及绝缘性能有着广阔的应用前景本文报道我们将微弧氧化技术拓展到不锈钢的表面改性不锈钢是目前,、,,广泛应用的钢材但其耐磨损耐腐蚀性能较差机械强度低为了改善其性能我们试图,用微弧氧化技术在其表面生长一层氧化物陶瓷膜但是直接将不锈钢用于电解处理不会形成类似在,铝阳极形成的氧化物陶瓷膜因此首先在不锈钢表面用热浸镀工艺镀一层铝作为微弧氧化的前驱体用这种方法在不锈钢表面制备了机械性能优良的陶瓷膜实验方法热浸镀铝膜的制备收稿一一,一一日期收到修改稿期荃金项目高等学校优秀育年教师教学科研奖励计划··一,,一作者简介杨钟时男硕士研究生通讯联系人
4、贺德衍期杨钟时,等不锈钢表面膜的微弧氧化制备,实验用基底材料是厚度为的奥氏体不锈钢板型号为其化学成,三,三,三,三,丛,,,,分是及,热,,余量浸镀用源材料为纯度的工业纯铝其主要杂质含量为三三,三将,、,然不锈钢板裁割成大小为的小片表面除油污后用清水冲洗烘干后进行热,浸镀铝热浸镀铝液的温度为热浸镀的时间为浸镀铝后的样品经由、·“的和混合溶液体积比为洗涤后冷却至室温热浸镀铝膜的微弧氧化将,,热浸镀铝不锈钢样品进一步裁割成大小为的小片分别用粒度为,,和的砂纸依次打磨然后在丙酮溶液中超声波清洗再用乙醇溶液清洗,、、后烘干置于电解液中微弧氧化装置由脉冲交流电源不锈
5、钢电解槽搅拌系统以及冷却,系统组成不锈钢电解槽壁兼作阴极镀铝不锈钢板作为阳极电解液使用蒸馏水配置的溶液,加入以提高氧化物膜的生长速率、改善其表面的磨擦学特性氧化过程中电流密度控制在“以下,电解液的温度为当膜生长到一定厚度时,取出样,品直接用清水冲洗后烘干样品的结构分析样品的结构相,用用型射线衍射仪靶进行测量分析,型扫描电子显微镜观察了样品的断面形貌典型位置附近的元素分布由色散一,,能谱仪给出用型维氏测微硬度计测量样品的显微硬度载荷大小为压痕时间为实验结果及讨论热浸镀铝膜的结构分析,图为热浸镀铝膜不锈钢的断面图像镀层的图谱如图所示作为比较图中还给,出了不锈钢
6、基底的图谱可以看出整个断面分为三个区域表层是,、拼,,铝膜厚度大约在最下层是基底材料分析表明其主要组成是和。,,中间区域的组成相对复杂靠近不锈钢基底的部分比较致密是基质为的金,,,属间化合物的固溶体靠近铝膜的部分比较疏松是基质为的,,、、固溶体包含等复杂成分的不锈钢在铝液中形成金属间化合物的生长动力学被认为是非线性的冈氧化物陶瓷膜的结构分析图是微,弧氧化陶瓷膜的断面形貌根据分析绘制的断层内元素随深度的分布如,图所示分析样品表面抛光后测得的图谱图发现至少有种结构相存在于样,,品中由图可以看出样品最上层是氧化物层根据的分析结果并参考图所示,一的元素随深度的分布
7、变化可知其主要成分是和乍中间层是未被氧化的铝及由高温热扩散所形成的一金,属间化合物最下层是不锈钢基底氧化物膜的厚度大户,,约为由大小不同的结晶颗粒组成可以看出在这些颗粒之间存在孔隙在最上层,一一。和乍的相对含量可以根据图的谱中。中的衍射峰与乍的衍射峰的相对,强度计算实验发现通过优化微弧氧化条件可以得到主无机材料学报卷一。要成分是午的氧化物陶瓷膜造成和午含量差异的主要原因是微弧放电,区域熔融态氧化铝的冷却凝固速率不同等人研究热喷涂亚稳相时发现,△守△,,液滴温度时相临界形核自由能二大于相临界形核自由能牛因此在,,守较大冷却速率下相形核率大于相导致液滴凝固时易
8、形成相,】在微弧放··忿、‘二︵︶点移·阅’,洲·门。丫加夕图热浸
