铝合金等离子体电解着色工艺的研究

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1、中南民族大学硕士学位论文铝合金等离子体电解着色工艺的研究姓名：李军申请学位级别：硕士专业：等离子体物理指导教师：何翔20060530中南民族大学硕士学位论文摘要铝因密度小且易加工在工业中的应用日益广泛，但铝及其合金易产生晶间腐蚀、表面硬度低、不耐磨损。同时铝合金表面装饰性及色彩多样性也成为广泛应用必须考虑的问题。传统的铝合金材料阳极氧化膜着色技术主要有两种:化学染色法和电解着色法。但是，阳极氧化技术的无法克服的困难（工艺复杂、难于控制和污染等缺点）制约阳极氧化的进一步发展。等离子体电解氧化（PEO-PlasmaElectrolyticOxidation

2、）是近年来在普通阳极氧化基础上开发的一种新技术，它采用较高的能量密度，通过等离子体化学、电化学和热化学的共同作用，在Al、Mg、Ti等阀金属表面原位形成类陶瓷膜层。国内外对于铝合金PEO陶瓷膜已做了大量工作，研究了膜层结构、特征及性能，但是在铝合金着色、着色均匀性、增加表面装饰性和功能性等方面缺乏系统、深入的研究。本文以自主研发的等离子体微弧氧化电源为依托，对铝合金表面进行等离子体电解着色氧化（PECO-PlasmaElectrolyticandColoredOxidation）处理，研究了PECO处理过程中各工艺参数之间的联系以及电源正负脉冲对于工艺

3、的影响。探讨了PECO处理对于铝合金膜层性能的影响，分析了PECO的着色机理，为进一步揭示铝合金PECO工艺的本质奠定良好的基础。所取得的成果主要表现在：对三种常用的电解液中PEO生成的氧化膜的性能进行了比较分析，并挑选出磷酸盐体系电解液作为PECO的基本电解液。通过在基本电解液中添加不同的金属盐，从而生成颜色不同的氧化膜。发现了PECO技术是通过等离子体化学和电化学共同作用使膜层着色。考察了影响PECO着色效果的因素。以基本电解液添加高锰酸钾作为实验电解液，利用正交设计极差分析法确定脉冲电源的起始电压、氧化时间、占空比和频率等因素对PECO氧化膜着色

4、的影响，优选出各因子的最佳组合，即起始电压为210V、氧化时间为15min、占空比为15%、频率为1500Hz。按所述条件进行PECO处理，着色效果最好。利用增加负脉冲方法来进一步优化PECO工艺。通过负脉冲延迟时间、电压幅度和脉冲宽度等参数的变化，研究负脉冲对于PECO工艺的影响。研究发现：通过正脉冲之后增加负脉冲，能有效控制大的弧光，从而使工艺的可控性较好，生成的着色氧化膜光滑度明显的改善；通过分析负脉冲参数对于膜层颜色的影响，发现负脉冲的延迟时间对膜层I铝合金等离子体电解着色工艺的研究颜色的影响最大；当延迟时间逐渐增大时，特别是延迟时间大于13μ

5、s时，氧化膜的颜色在逐渐的变深。根据PEO系统等效电路模型，分析了当恒压控制和负脉冲作用时，系统方程的变化，与实际情况对比的进行了比较。对PECO电源的进一步改进和PECO工艺的实际运用有一定的参考价值。通过对于着色膜层的外观、耐磨性、结合力、耐蚀性、耐光老化等性能测试以及表面微观形貌、成分的分析（SEM、XPS和XRD），初步探讨了PECO技术的着色机理：PECO氧化膜的形成是由于阴离子凝集层在阳极/电解质溶液界面不均匀沉积，并在大电流高电压作用下沉积层发生界面热物理及化学变化的结果。基本电解液的主要成分在电解着色过程中起到的是导电作用，基本上不消耗

6、；而金属盐在电解过程中，与电解液中的氧或者氢（高锰酸钾）发生反应生成金属氧化物或金属盐，沉积或烧结在膜层上，使膜层着色。综上所述，利用PECO技术可以克服阳极氧化着色技术的缺点，生成耐蚀性能、表面光滑、颜色均匀着色氧化膜。本研究在铝合金表面用PECO制备有色陶瓷膜方面做了有意义的尝试，对进一步的研究有一定的借鉴作用。关键词：铝合金；等离子体电解着色氧化；电解液；脉冲电源；微放电II中南民族大学硕士学位论文ABSTRACTAluminumisbeingwidelyusedintheindustrybecauseofitsdensityandeasypro

7、cessing，Butaluminumaswellasitsalloyalsohavedisadvantagessuchasintercrystallinecorrosion，lowsurfacehardnessandeasywear.Meanwhile，itssurfacedecorationaswellasthediversityofcolorshavetobetakenintoconsiderationinwideuse.Generallyspeaking，therearetwomainanodeoxidationcoloringtechnolo

8、giesforthetraditionalaluminummaterials:chemical