鋁合金微弧氧化陶瓷層的形成機(jī)制及其磨損性能.pdf

1、鋁合金微弧氧化處理過程可分為兩個(gè)階段：起弧前期的高阻抗膜形成階段和起弧后的陶瓷層生長(zhǎng)階段,起弧前于鋁合金樣品表面形成可以施加足以產(chǎn)生微弧放電的高阻抗氧化膜是鋁合金微弧氧化過程得以進(jìn)行的前提。在高阻抗氧化膜的形成階段,由于鋁合金在不同電解液中極化特性不同,高阻抗膜的形成速度有較大的差異。在電解液中進(jìn)行電化學(xué)極化時(shí)的腐蝕電流越小、腐蝕電位越高,越易于生成高阻抗氧化膜,進(jìn)而導(dǎo)致鋁合金微弧氧化過程較在其它溶液體系提前進(jìn)行。 起弧后溶液中

2、溶質(zhì)元素的作用由起弧前的“形成高阻抗氧化膜”而轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)溶液電導(dǎo)率的調(diào)整,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：溶液的電導(dǎo)率越大,則生長(zhǎng)速度越快。陶瓷層的生長(zhǎng)增厚過程中不消耗溶質(zhì)元素。 微弧放電前初期高阻抗膜的形成階段,物質(zhì)的傳輸主要是借助于隧道效應(yīng)；微弧放電后陶瓷層的生長(zhǎng)增厚則主要依賴于鋁離子經(jīng)放電通道與等離子體環(huán)境下產(chǎn)生的活性氧離子直接結(jié)合,產(chǎn)生熔融態(tài)的氧化物,經(jīng)溶液的激冷而形成固態(tài)氧化鋁陶瓷。其中,氧原子主要是由鋁合金/電解液或氧化鋁/電解液界面上的O

3、H-提供的,其主要來源為溶液中緩沖劑的緩沖作用帶來溶液中H2O的電離。同時(shí),隨著氧化過程的不斷進(jìn)行,H+在陰極上的不斷消耗破壞了H2O的電離平衡,促使H2O的電離,電離產(chǎn)生的OH-可以補(bǔ)充氧化過程中消耗的OH-。電解液中的陰離子在鋁合金/電解液以及陶瓷層/電解液界面的吸附差異性將導(dǎo)致溶液中溶質(zhì)元素在陶瓷層中含量的不同,盡管這種不同對(duì)陶瓷層的生長(zhǎng)機(jī)理不產(chǎn)生影響,但利用這種特性可制備滿足不同性能要求的陶瓷層。 陶瓷層的物相結(jié)構(gòu)主要是

4、由微弧氧化過程中單脈沖能量的大小決定。通過改變電壓、電流以及脈寬來控制微弧氧化過程中脈沖能量的高低,脈沖能量越大,陶瓷層生長(zhǎng)速度越快,陶瓷層中亞穩(wěn)相γ-Al2O3會(huì)逐漸向穩(wěn)定相α-Al2O3轉(zhuǎn)變。但微弧氧化過程中放電通道中能量過大會(huì)導(dǎo)致陶瓷層致密度降低,這是因?yàn)樘沾蓪又惺杷蓪拥男纬芍饕怯捎诜烹娡ǖ乐忻}沖能量過大,造成放電通道中的放電壓力與氣體壓力增大,使得熔融氧化鋁向“外界”產(chǎn)生劇烈噴濺,從而使通道內(nèi)部留下孔洞。因此通過控制微弧氧化不