鎂合金微弧氧化原位生長陶瓷膜及其摩擦行為研究.pdf

1、鎂合金的耐磨性能較差，嚴重阻礙了其在工程中的應用，因而改善鎂合金表面耐磨性能成為亟待解決的問題。本論文采用微弧氧化法在 ZK60鎂合金表面原位生長具有減摩耐磨作用的陶瓷膜層，以提高鎂合金表面的耐磨性能，并研究其在不同環(huán)境下的摩擦機制，為 ZK60鎂合金在工程中的應用提供了技術支撐。
　　研究了電解液體系、電流密度、頻率、占空比和反應時間對鎂合金微弧氧化膜層硬度及摩擦性能的影響，通過優(yōu)化工藝參數(shù)實現(xiàn)了所得膜層的構造和設計。以 Na3

2、PO4為電解液體系，當電流密度為12A/dm2、頻率為500Hz、占空比為15％、反應時間為5min時，所得膜層有最好的耐磨性能，膜層的納米硬度為4.99GPa，摩擦系數(shù)為0.3左右，磨損率為1.27×10-5mm3/Nm。
　　研究了 NaAlO2、石墨摻雜以及 NaAlO2與石墨復合摻雜對鎂合金微弧氧化膜層的硬度及摩擦性能的影響。結果表明，NaAlO2摻雜、石墨摻雜以及NaAlO2與石墨復合摻雜均能夠提高膜層的硬度、降低膜層的

3、摩擦系數(shù)，進而改善所得膜層的摩擦性能，其中NaAlO2摻雜膜層的硬度和摩擦性能最好，當NaAlO2摻雜濃度為4g/L時，膜層的納米硬度為6.302Gpa，摩擦系數(shù)為0.25，磨損率為0.75×10-5mm3/Nm。通過對 NaAlO2摻雜膜層的結合力和冷熱循環(huán)試驗研究表明，所得膜層具有較好的結合力和抗冷熱循環(huán)性能。
　　利用SEM、XRD、XPS和EDS等分析手段，對摻雜前后所得鎂合金微弧氧化膜層表面形貌、相組成、元素成分及價態(tài)進

4、行了分析。研究結果表明，所得膜層是由MgO為主晶相，并且表面存在大量分布均勻的微孔。NaAlO2摻雜使膜層中出現(xiàn)了 MgAl2O4相，而石墨摻雜通過 EDS分析發(fā)現(xiàn)膜層中出現(xiàn)了石墨元素。
　　探討了 NaAlO2和石墨摻雜所得鎂合金微弧氧化膜層在不同機械參數(shù)和環(huán)境下的磨損機制。結果表明，在常溫常壓下石墨摻雜體系的膜層的摩擦系數(shù)隨著載荷的增加而增大，隨著滑動速度和磨損時間的增加而減小，隨著磨損時間的增加，膜層由粘著磨損變?yōu)槠谀p；

5、NaAlO2摻雜體系的膜層的摩擦系數(shù)隨著載荷及磨損時間的增加而增大，而隨著滑動速度的增加而減小，磨損機制主要為粘著磨損。在真空環(huán)境下所得膜層的摩擦系數(shù)較常壓下降低，且磨損較常溫常壓下更加嚴重。石墨摻雜膜層主要體現(xiàn)為磨粒磨損和疲勞磨損，NaAlO2摻雜膜層主要體現(xiàn)為粘著磨損和磨粒磨損。在真空低溫環(huán)境下，所得膜層的摩擦系數(shù)較真空常溫環(huán)境下的摩擦系數(shù)有所升高，石墨摻雜膜層的主要磨損機制為粘著磨損向疲勞磨損的轉(zhuǎn)變，NaAlO2摻雜膜層的磨損機制