鋁合金微弧氧化工藝研究與機(jī)理分析.pdf

1、微弧氧化技術(shù)是一項(xiàng)從傳統(tǒng)陽(yáng)極氧化基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的技術(shù)。本課題以6063鋁合金為基體材料,對(duì)微弧氧化硅酸鹽電解液配方及其相適宜的工藝參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和研究;運(yùn)用多種材料現(xiàn)代分析手段,對(duì)微弧氧化陶瓷層的組織結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了測(cè)試,分析了電解液組分以及工藝參數(shù)對(duì)陶瓷層表面形貌、陶瓷層主要元素分布、陶瓷層內(nèi)側(cè)、外側(cè)的相組成和磨損性能的影響;通過(guò)對(duì)電解液電導(dǎo)率的測(cè)定以及對(duì)正向電流密度和電能密度計(jì)算分析,討論了電解液以及工藝參數(shù)對(duì)陶瓷層的生長(zhǎng)過(guò)程

2、的影響機(jī)理。實(shí)驗(yàn)得到6063鋁合金微弧氧化電解液最優(yōu)配方及與之相適宜的工藝參數(shù)為:[Na2SiO3]8.0g·L-1,[NaOH]2.0g·L-1,[Na2WO4]1.0g·L-1,[C10H14N2O8Na2·2H2O]2.0g·L-1;正向電壓440V,負(fù)向電壓160V,脈沖頻率100Hz。在上述條件下微弧氧化30min可形成完整的陶瓷層。電解液的組成影響電解液的電導(dǎo)率,從而影響微弧氧化過(guò)程的擊穿電壓,導(dǎo)致陶瓷層的生長(zhǎng)速度發(fā)生變化。

3、脈沖頻率影響陶瓷層的表面質(zhì)量,提高脈沖頻率可獲得平整均勻的陶瓷層表面,但減慢陶瓷層的生長(zhǎng)速度。正向電壓對(duì)陶瓷層厚度有較弱的線性影響,提高正向電壓,陶瓷層的形成速度有所提高,均勻度相應(yīng)提高;負(fù)向電壓與層厚之間呈拋物線關(guān)系,提高負(fù)向電壓可明顯提高陶瓷層的厚度和均勻度,但其達(dá)到一定數(shù)值后,層厚的增加速度趨緩。隨著微弧氧化過(guò)程的延續(xù),陶瓷層厚度不斷增長(zhǎng),陶瓷層的均勻度也得以提高,但是氧化時(shí)間達(dá)到一定程度后,陶瓷層的生長(zhǎng)速度變緩。計(jì)算結(jié)果表明,陶

4、瓷層厚度與通過(guò)試樣單位面積的正向電量存在非常好的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)陶瓷層的分析表明,鋁合金微弧氧化陶瓷層主要由α-Al2O3相、γ-Al2O3相和mullite相組成,各相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)受電壓參數(shù)影響。正向電壓與負(fù)向電壓的提高,均促進(jìn)γ-Al2O3向α-Al2O3的轉(zhuǎn)變,并增加陶瓷層外側(cè)的mullite相質(zhì)量分?jǐn)?shù)。但單獨(dú)提高正向電壓時(shí),陶瓷層的α-Al2O3相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)出現(xiàn)極值。計(jì)算結(jié)果表明,陶瓷層的相組成與陽(yáng)極消耗電能之間存在非常好的線性

5、對(duì)應(yīng)關(guān)系。陶瓷層大致分為致密層和疏松層,致密層與鋁合金基體以及致密層與疏松層之間的沒(méi)有明顯界線存在;陶瓷層的致密性、附著性、完整性與保護(hù)性良好;微弧氧化陶瓷層能夠顯著提高鋁合金基體的耐磨性,特別是大載荷條件下的耐磨性能大幅提高。根據(jù)正向電流的變化,微弧氧化陶瓷層的形成過(guò)程可以分為初始膜的形成和陶瓷層生長(zhǎng)兩個(gè)階段。在初始膜的形成階段,正向電壓的提高,通過(guò)加快鋁基體的電解和陰離子的遷移速度,增大等離子體的離子電流密度,從而決定了初始膜的形成

6、;負(fù)向電壓的提高通過(guò)加速等離子體產(chǎn)生所需析出氣體的積累,增大等離子體的電子電流密度,從而促進(jìn)了初始膜的形成;初始氧化膜對(duì)陶瓷層的形成過(guò)程具有重要意義。在陶瓷層生長(zhǎng)的階段,正向電壓的提高主要是加大了正向脈沖對(duì)陶瓷層內(nèi)外物質(zhì)的輸送作用從而加速陶瓷層的形成,而負(fù)向電壓則通過(guò)促進(jìn)等離子體的形成及其對(duì)已形成絕緣陶瓷層的電擊穿和熱擊穿作用,增加陶瓷層孔洞的數(shù)量、擴(kuò)大物質(zhì)輸送的通道,強(qiáng)化正向電壓的作用能力;陶瓷層的厚度、均勻度、形貌以及相組成在此階段