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1、第54卷第12期2005年12月物 理 学 报Vol.54,No.12,December,2005100023290P2005P54(12)P5743207ACTAPHYSICASINICAn2005Chin.Phys.Soc.电流密度对铝合金微弧氧化膜物理化学特性的影响1)2)2)1)2)2)2)•3)1)吴汉华 汪剑波 龙北玉 吕宪义 龙北红 金曾孙 白亦真 毕冬梅1)(吉林大学物理学院,长春 130023)2)(吉林大学超硬材料国家重点实验室,长春 130012)3)(大连理工大学物理系,三束材料改性国家重点实验
2、室,大连 116024)(2005年3月24日收到;2005年7月18日收到修改稿) 利用微弧氧化(MAO)技术,在LYl2铝合金上沉积了显微硬度达42.14GPa的超硬陶瓷膜.采用x射线衍射仪和显微硬度计研究了阳极电流密度ja和阴极、阳极电流密度比jcPja对MAO膜相构成和力学特性的影响.此外,利用扫描电子显微镜和恒电位仪分别对膜的微结构和抗点腐蚀特性进行了分析.结果表明,高ja制备的膜主要含2α-Al2O3相,低ja制备的膜主要含γ-Al2O3相.显微硬度测试表明,这类膜有较高的硬度,但以ja=15APdm和j
3、cPja=0.7制备的陶瓷膜硬度最高.抗点腐蚀测试表明,jcPja对陶瓷膜的微结构有很强的影响.关键词:微弧氧化,显微硬度,电流密度,抗点腐蚀PACC:6150J,6160,8245样品的表面积,以阳极电流密度ja和阴极电流密度11引言jc作为制备氧化膜的电学参数控制较好.本文从这一目的出发,研究了ja和jcPja对LYl2铝合金MAO微弧氧化(MAO)又称微等离子体电解质氧化、膜的厚度、相构成、微结构、显微硬度和抗点腐蚀性阳极火花沉积或微弧放电氧化.该法是将样品作阳能的影响.极浸在兼作阴极的不锈钢处理池中,当两极间施
4、加高电压时浸在处理液中的样品表面产生强烈的微弧21实验方法放电,在放电产生的局部高温、高压以及热化学、等离子体化学及电化学的共同作用下导致样品表面形将LYl2铝合金加工成<20mm×3mm试样,表成一层新的氧化陶瓷膜.由于处理液中阴离子以及面除油、清洗、烘干.处理液由2gPLNaOH,Na2SiO3金属阳离子的进入,使陶瓷膜的成分发生显著变化.添加剂和去离子水组成.容量3L、带冷却系统的不在机械性能方面,MAO膜优于阳极氧化膜,而附着[1—5]锈钢处理槽做阴极,试样作阳极,用自制工作于稳流力优于其他方法得到的陶瓷膜.制
5、备MAO膜可[6][7,8]方式的三相20kW电源对其进行正负非对称脉冲波以采用单极性脉冲、不对称交流或双极性脉[12][1]形供电,处理时间固定为60min,处理液的温度控冲等电源,当使用后两种电源时,文献[9—11]中2制在50℃以下,控制ja在3—25APdm之间,制备提到的电流密度一般是指交变电流密度的有效值.由于这类电源工作时的正半周电流幅度大于负半周了jcPja=0.6,0.7和0.8的样品3组.用D8电流幅度或正好相反时,将导致其交变电流有效值DISCOVER型x射线衍射(XRD)仪,(Cu靶,Kα射相同
6、,但这两种波形制备的氧化膜的特性差异很大.线,工作电压40kV,电流30mA)对样品进行分析,因此,使用这类电源时需将正半周电流有效值(阳极膜的微结构用HitachiX2650型扫描电子显微镜电流)和负半周电流有效值(阴极电流)分开.考虑到(SEM)得到.用PARCM273型恒电位仪测量试样的•通讯联系人.5744物 理 学 报54卷抗点腐蚀(在3%NaCl溶液中)特性,扫描电位(相对膜的厚度与ja和jcPja的大小密切相关.氢的腐蚀电位)在-0.15—1.6V之间,扫描速度为3121陶瓷膜的相分析和显微硬度0.
7、33mVPs.膜厚和硬度分别由带电荷耦合摄像头的2XJZ-6A型光学显微镜和MHT-4型显微硬度计确定.对jcPja=0.6,0.7和0.8,ja在3—25APdm之测量硬度前,用600号砂纸将样品表面的氧化陶瓷间制备的陶瓷膜XRD分析表明,氧化膜主要由α相膜统一打磨至约10μm厚,然后沿样品表面直径方和γ相A12O3及少量包含处理液中所含离子的杂质向(边缘约5mm宽的区域舍去)依次在相邻间距为相组成.图2给出了jcPja=0.7时ja对陶瓷膜XRD1mm的10个不同位置测量其硬度并取平均,测量谱的影响.过程中的峰值载
8、荷为200g;保持时间为10s,载荷速度为20gPs.31实验结果及分析3.11陶瓷膜的厚度图1给出了不同jcPja沉积的陶瓷膜厚度随ja的变化规律.从图1可以看出,陶瓷膜的厚度随ja的增加逐渐增加,jcPja不同时,膜厚随ja的变化不22同,特别是当10APdm
