基于COMSOL的铝合金微弧氧化成膜机理研究

《基于COMSOL的铝合金微弧氧化成膜机理研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：TG178学号：201500356010专业学位硕士论文基于COMSOL的铝合金微弧氧化成膜机理研究StudyonMicro-arcOxidationFilmFormationMechanismofAluminumAlloyBasedonCOMSOL研究生姓名：姜曼指导教师：柴永生副教授专业学位类型：工程硕士专业学位领域：机械工程论文提交日期：2018年6月5日烟台大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。

2、对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权说明本人完全了解烟台大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在非保密的论文范围内，学校可以公布论文的部分或全部内容。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日摘要摘要微弧氧化由阳极氧化发展而来，该方法所获得的氧化膜层具有较强的耐腐蚀、耐摩擦磨损与绝缘性

3、能，因此具有广泛的应用前景。然而，微弧氧化过程极为复杂，至今未有一个公认的模型可以完整解释微弧氧化成膜过程，微弧氧化的成膜机理仍需进一步研究。因此，本文以7075铝合金为研究对象，基于有限元法对其微弧氧化过程进行了机理研究。利用多物理场仿真软件COMSOLMultiphysics的电化学模块对7075铝合金微弧氧化成膜过程进行了数值模拟，求解出了膜层厚度、电流密度和电场分布图，研究了微弧氧化膜层生长与分布规律。结果表明：膜层在阳极试件表面呈边角厚、中间薄的分布特性；电流密度在工件表面呈边角大、中间小的分布趋势，膜层的绝缘性能导致电流密度随时间的增加而减小；工件边角处电场线最密集，反应过

4、程中该区域活性粒子运动速率最大，成膜最快。建立了铝合金微弧氧化过程的热力学模型，研究了微弧氧化热力学过程中的温度场和热应力场的分布规律。利用COMSOLMultiphysics的传热模块和热应力模块，求解了成膜过程的温度/温度梯度及热应力/应变分布情况。结果表明：成膜过程中，放电通道区域温度最高，放电通道两侧温度梯度最大，氧化膜-基体界面起到了一定的冷却作用；热应力主要集中于放电通道区域，并随径向距离和纵向深度的增加而减小；随着冷却时间的延长，氧化膜层内部的热应力逐渐减小并趋于稳定，成为残余应力。以温度场和热应力场的分布特性为依据，研究了微弧氧化热力学过程对膜层表面形貌的影响。研究表明

5、：氧化膜层内部各区域冷却速度不均导致膜层表面出现了火山口状的孔洞；膜层内部大于材料抗拉强度的残余应力的存在，是膜层表面产生微裂纹的主要原因。基于数值模拟条件，搭建了微弧氧化实验平台，通过实验制备了微弧氧化陶瓷膜层，通过扫描电镜对其膜层厚度进行了测量，对比实验数据与数值模拟结果表明：二者数据差异较小，在可接受的误差范围之内，且变化趋势一致。由此验证了数值模拟方法的准确性和可行性，为微弧氧化的机理研究提供参考和依据。关键词：微弧氧化；陶瓷膜层；温度场；热应力；成膜机理IAbstractAbstractMicro-arcoxidationevolvedfromanodization.Theo

6、xidefilmobtainedbythismethodhasstrongcorrosionresistance,frictionwearresistanceandinsulationperformance,soithasawiderangeofapplicationprospects.However,sincetheprocessofmicro-arcoxidationisextremelycomplicated,todate,thereisnotyetawell-knownmodeltoexplainthemicro-arcoxidationprocess.Therefore,fu

7、rtherexplorationofitsfilmformationmechanismisstillneeded.Inthispaper,taking7075aluminumalloyastheresearchobject,themicro-arcoxidationfilmformationmechanismwasstudiedbasedonthefiniteelementmethod.Themicro-arcoxidationfilmform