铸造铝合金微弧氧化纳米陶瓷涂层制备工艺优化及其性能研究

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1、博士学位论文论文题目：铸造铝合金微弧氧化纳米陶瓷涂层制备工艺优化及其性能研究作者姓名张宇指导教师赵燕伟（教授）学科专业机械工程所在学院机械工程学院提交日期2017年5月万方数据万方数据浙江工业大学博士学位论文铸造铝合金微弧氧化纳米陶瓷涂层制备工艺优化及其性能研究作者姓名：张宇指导教师：赵燕伟（教授）浙江工业大学机械工程学院2017年5月万方数据万方数据DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyfortheDegreeofDoctorStudyonM

2、icro-arcOxidationNano-ceramicCoatingsFormedonCastAluminumAlloysandItsPropertiesCandidate:ZhangYuAdvisor:Prof.ZhaoYanweiCollegeofMechanicalEngineeringZhejiangUniversityofTechnologyMay2017万方数据万方数据浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经加

3、以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制

4、手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在一年解密后适用本授权书。2、保密□，在二年解密后适用本授权书。3、保密□，在三年解密后适用本授权书。4、不保密√。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据万方数据浙江工业大学博士学位论文铸造铝合金微弧氧化纳米陶瓷涂层制备工艺优化及其性能研究摘要高铁接触网关键零部件大多使用铸造铝合金，但是铸造铝合金由于耐腐蚀性、耐磨损性能差，严重影响使用寿命。目前常用热氧化法和硬质阳极氧化法等方法对铸铝表面进行改性处理以达到使用要求，

5、但都存在污染环境、涂层较薄、在比较苛刻的腐蚀环境中耐腐蚀性能和耐磨损性能等仍不能达到令人满意的要求这些问题。微弧氧化技术作为一种表面处理技术，其过程操作简单，绿色环保无污染，生成的致密氧化膜使得陶瓷涂层具有优异的耐腐蚀性和耐磨损性。本文针对高铁接触网关键零部件广泛使用的ZL101A铸造铝合金，开发微弧氧化纳米涂层技术以提高接触网零部件表面硬度和耐腐蚀性能，大幅度提高零部件使用寿命。本文利用SEM、EDS、XRD、XPS等手段分析微弧氧化涂层的微观组织和相成分；利用显微硬度计、厚度测试仪、摩擦磨损试验机测试涂层的

6、硬度、厚度、摩擦磨损性能；利用电化学工作站和盐雾腐蚀箱研究微弧氧化涂层的耐蚀性能及腐蚀机理。微弧氧化技术研究的最终目的是通过对试验工艺参数的研究，通过优化算改进电解液配方、电参数及进行合适的添加剂的选择，制备出性能优异的陶瓷涂层。本文主要工作包括：（1）通过研究不同电解液体系下陶瓷涂层性能的差异，优选出适合ZL101A铸造铝合金的硅酸钠电解液体系。然后通过正交试验，优化电解液配方中各成份的浓度。采用单因素试验方法，固定其它所有条件专门研究一个电参数（频率、占空比、电流密度、氧化时间）对涂层性能的影响。结果表明，

7、当电解液硅酸钠浓度18g/L，氢氧化钾浓度3g/L，氟化钠浓度4g/L，电参数为频率400Hz、占空比50%、电流密度16A/dm2、氧化时间40min时可以获取优异的涂层性能，此时硬度达1468HV，自腐蚀电流密度为6.233×10-8A/cm2（2）由于微弧氧化试验影响因素很多，一般试验方法获得优化参数的难度很高，重复性试验量很大，为此根据前面研究内容，引入一种基于人工神经网络-粒子群算法的分析方法，从现有的工艺参数中提取最优工艺参数，进行涂层性能预测与工艺优化。结果表明，无论是收敛速度，还是优化精度，利用

8、人工神经网络-粒子群算法所得到的优化结果都令人满意，优化后的自腐蚀电流密度为5.679×10-8A/cm2。（3）通过引入纳米TiO2和Al2O3的添加剂，进一步改善微弧氧化陶瓷涂层的性能。通过浸泡试验，研究了弧氧化纳米陶瓷涂层的耐腐蚀性能，并阐明其腐蚀机理。结果表明，纳米添加剂的引入使涂层生成更多的α-Al2O3，使涂层变得更加致密，明显改善陶瓷涂层的性能，其中引入纳米Al2O3表现