铝合金微弧氧化表面陶瓷膜的制备.pdf

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1、铝合金微弧氧化表面陶瓷膜的制备郑宏晔1!王永康1!李炳生2!韩高荣1<1.浙江大学材料系浙江杭州310027~2.宁波市表面工程研究中心浙江宁波315040>"摘要#微弧氧化陶瓷膜具有良好的耐磨耐腐蚀耐高温冲击和电绝缘性能9研究了在铝合金表面用微弧氧化方法沉积陶瓷层的工艺O采用正交设计法优化了试验方案9运用综合平衡法对每个方案制备的陶瓷层的厚度和硬度进行了分析9确定了各因素对陶瓷层影响的程度9并优化了电解液配方9确定了最佳工艺条件O同时对最佳工艺制备的陶瓷做了XRDSEM和耐磨性测试9结果表明9最佳电解液配方为C硼酸10g/L9钨酸钠2g

2、/L9氢氧化钾2g/L9陶瓷层主要由O~Al203和Y~Al203相组成O"关键词#正交设计9铝合金9微弧氧化9陶瓷层"中图分类号#Tg174.453"文献标识码#A"文章编号#10011560(2004)020019030前言微弧氧化技术12是在阳极氧化技术的基础上发展起来的铝合金表面改性技术它使电化学生成的氧化膜经过微等离子体的高温高压23作用发生相结构的变化生成含一定O相和Y相的氧化膜与传统的阳极氧化工艺相比微弧氧化陶瓷膜与基体结合牢固结构致密具有良好的耐磨性耐腐蚀性耐高温冲击和电绝缘性能45其工艺对环境无污染因而具有广阔的应用前景在微弧

3、氧化过程中电解液至关重要目前研究较多的图1微弧氧化装置图是以硅酸钠为体系6的溶液它们不够稳定给应用带来一1.温度计2.试样3.搅拌器4.电解槽5.电源定的影响通过配置新的稳定的溶液体系可以解决这一问层的摩擦学性能试验参数为=试验载荷36N盘的转速50题本研究通过正交分析法7优化稳定的H体3B03~K0Hr/min对磨件材料为高速钢硬度62HRC以上采用失重系的溶液以LD30铝合金为基体用微弧氧化技术在铝合法测量磨损量称量仪器使用精度为0.01mg的L~200SM金表面原位制备出陶瓷膜并确定了最佳制备工艺分析天平1试验2结果与讨论1.1制备方法2

4、.1试验方案的确定首先对LD30铝合金试样用清洗液除油水洗微弧氧根据微弧氧化陶瓷膜的生长情况电流密度在12.4A/化装置见图1其中电源为KLMPA~30A多功能微弧氧化2溶液温度不高于60C反应时间为60min可得到较好dm电源电解槽由不锈钢做成兼作阴极铝合金试样为阳极的试验结果保持电流的恒定反应60min完成后取出试样洗净干燥确定基本工艺参数后电解液配方即电解液各组分含量1.2陶瓷膜性能表征及耐磨性的测试是微弧氧化的关键因素为了有效减少试验次数来判断较优的配方组成用正交表7安排试验计划来综合考察硼酸采用SWH~08涡流涂层测厚仪和MT~3型<

5、HV>显钨酸钠氢氧化钾三个因素<其中第四因素空缺>对整个反应微硬度计测定陶瓷层的厚度和硬度~用XR~98X射线衍射仪的影响<见表1>一般只要正交表中因素的个数比试验要进行物相分析~用SEM观测陶瓷膜的表考察的因素的个数稍大或相等即可这样既能保证达到试验面形貌在自制的销盘式薄膜涂层磨损实验机测定了陶瓷的目的而试验的次数又不致于太多故选用四因素三水平4>表进行试验虽然只做了9个试验但代表了全部试收稿日期20030804L9<37基金项目教育部跨世纪人才培养计划项目验以陶瓷膜的厚度和硬度作为试验结果

6、的考核指标试19铝合金微弧氧化表面陶瓷膜的制备验计划及结果的计算分析见表22.3工艺条件的优化表1因素水平表硬度和厚度是检验陶瓷膜的两个重要指标其结果见表CH3B03/CN82W04/CK0H/因素_1_1(gL_1>空缺2极差大的说明因素对指标的影响大通过对表中数据的(gL>(gL>分析可知K0H的浓度对厚度影响最大其次为H3B03和11522-N82W04H3B03的浓度对硬度影响最大其次为K0H和21033-N82W04从表2可以看出3544-(1>K0H的浓度对各指标的影响对于厚度K0H的表2试验计划及试验结果的计算分析表极差最大取1最

7、好对于硬度K0H的极差也最大取3较CH3B03/CN82W04/CK0H/厚度/硬度/好但两个相比较K0H取1最好样号空缺(gL_1>(gL_1>(gL_1>~mHV1N(2>H3B03的浓度对各指标的影响对于厚度H3B031112139.61302的极差次大取1较好对于硬度H3B03的极差最大取22211240.61463最好综合考虑H3B03选2最好3313331.61256(3>N82W04的浓度对各指标的影响对于厚度4121338.61236N82W04的极差最小取1最好对于硬度N82W04的极差5223132.61297也最小取1好综

8、合考虑N82W04取1最好6322233.21276通过各因素对各指标影响的综合分析得出较好的试验7133233.41388方案为硼酸含量10g/L钨