铝锂铜合金的阳极氧化膜的生长机理

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1、Al-Li-Cu的AA2099-T8合金的阳极氧化膜的生长摘要：在293K的温度下，将AA2099-T8铝合金在0.1M的五硼酸铵电解质中5mA/cm2的电流密度下，以及选择的电压下进行阳极氧化。我们发现在合金上的阳极氧化膜的阻挡层的生长会伴随晶间氧化物的生长，以及在阳极氧化膜中氧气填充的空隙的生长和破裂，但是随后会在破裂的位置形成阳极氧化膜的愈合。显示的是氧气填充孔隙的形成与在合金和氧化膜的交界处富铜区域的富铜纳米颗粒的氧化有关，并且富铜纳米颗粒的氧化与晶粒的取向有关。此外，和阳极氧化铝的形成相比

2、较，在阳极氧化锂的形成时明显降低的毕林-彼德沃尔斯比值将导致在合金/氧化膜界面上形成小的孔洞，随后阳极氧化膜将会从合金表面脱落。关键词：铝合金阳极氧化氧化膜脱落晶粒取向锂1引言AA2099-T8铝合金是为了改进有效载荷和燃料效率而开发的航空应用材料，是用来代替传统的2和7系列合金的。航空铝合金材料是通过在服务环境下进行阳极氧化来得到所需要耐蚀性能的快速处理的表面处理方法。但是，尽管阳极氧化很重要，在AA2099-T8铝合金的阳极氧化膜生长行为有很少的研究。由于铜对于氧化膜的组成和形态有至关重要的影响

3、，在2系列航空铝合金上形成的阳极氧化膜的性能的影响，在模型的二元铝铜合金上形成的氧化膜已经进行了很多的工作。已经发现模型二元铝铜合金的阳极氧化导致铜的基地上渐进的2mm的薄膜，平均含有约40%的原子铜，相对于铜的氧化膜的形成，由于低的吉布斯自由能在铝的基地上立即形成阳极氧化膜。在富集到临界水平之后，铜原子和铝原子在氧化膜和合金的交界面处是共同氧化的，在合金中铜离子结合到阳极氧化薄膜材料中。在高的电场条件下铜渗入到氧化铝材料，以半导电式氧化铜的形式存在，在氧化膜和合金的交界处附近使得氧离子能够向内移动

4、，这会导致形成氧气气体填充的空隙，是几纳米到几百纳米的尺寸，在阳极氧化膜中，孔隙中的氧气的气压可以达到大约150兆帕，并且最终在薄膜表面破裂并且释放氧气。破裂的区域可以通过局部薄膜的生长来进行愈合，这会导致薄膜和薄膜/合金界面的粗糙。在硫酸-酒石酸和硫酸溶液中进行了合金AA2099-T8和AA2024-T3上形成的多孔阳极氧化膜的相关的研究工作，根据不同的阳极氧化电压，在合金基底中铜的固溶，可以阻挡富铜的纳米离子的氧化，并且是以铜离子的形式进入阳极氧化膜。在后一种情况中，在形成氧化膜的过程中伴随着氧

5、气的产生，最为合金的循环氧化的结果形成了具有侧向孔隙率的阳极氧化膜。氧气的产生和侧向孔隙率的形成是由于富铜的纳米颗粒的氧化，富铜氧化颗粒是起源于氧化膜和合金的交界面。然而，有关富铜颗粒的侧向孔隙率的相关证据仍然需要搜集。实际上，在氧化膜和合金的交界处富铜纳米颗粒的产生和氧化的详细的研究被在酸性电解质溶液中阻挡层的降低的尺寸所限制。但是，这种限制可以通过在合金上形成相对比较厚的阻挡性的阳极氧化膜来进行缓解，能够容纳富铜层和富铜纳米颗粒，氧气填充颗粒。因此，在五硼酸铵电解质溶液中通过所选择的电压进行阳极

6、氧化在AA2099-T8合金上可以形成屏障型的氧化膜。所得到的阳极氧化膜的表面和交界面使用电子显微镜进行分析。铝和铜的氧化以及相关的在富铜铝区域产生的氧气的理解已经得到了进一步的提高。2实验式样的尺寸为330mm×20mm×5mm，是从AA2099-T8铝合金中挤压型T形梁的中间得到的式样，使用800，1200和4000号砂纸进行机械打磨之后使用6，3和1um的金刚石研磨膏和抛光液来进行抛光。在阳极氧化之前，经过机械抛光的式样使用丙酮进行脱脂，在去离子水中进行漂洗，然后再冷的空气流中进行干燥。脱脂之

7、后式样的正反两面使用漆进行标记。漆层至少24小时才会干燥。随后，式样在温度为293k下在0.1M的五硼酸铵的电解质溶液中电流密度为5mA/cm2以及选定的电压为10V-350V的范围内进行阳极氧化。横电流源采用一种直流电源然后使用较大面积的高纯度的铝作为对电极。阳极氧化合金的表面形貌采用配有EDX的场发射扫面电镜来进行分析，是在20kV的加速电压下来进行操作。对于阳极氧化膜的横截面图，阳极氧化的合金部分（标称尺寸为15nm）是使用金刚刀进行切割。超薄切割截面是使用配有EDX的透射电镜来进行分析。3结

8、果3.1电压-时间对于机械抛光的合金至介电击穿电压的电压-时间响应显示的最初的电压是3V，这是由于在空气有氧化膜的存在，线性电压上升的斜率约2.2V/S上升到12V。随后，电压以一个较低的速率上升到20V。之后曲线以2.0V/s的速率上升到200V。在200V之后电压随着时间的增加的速率会明显减少（1.0V/s）。随着在合金表面气体的产生曲线的斜率会明显的下降。在逐渐达到介电击穿电压350V之前，电压增长曲线的斜率将会以1.6V/S的速率上升到300V。3.2表面特征