7N01鋁合金表面微弧氧化膜的制備及性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代鐵路運輸業(yè)的迅速發(fā)展，鋁合金車體輕量化設(shè)計已成為生產(chǎn)制造軌道車輛的必然趨勢。7N01鋁合金是非常理想的中強(qiáng)可焊結(jié)構(gòu)材料，主要用于軌道高速列車車體的端面梁、底座、側(cè)面構(gòu)件骨架等重要部件，其服役條件要求工件具有較高的表面硬度，較低的表面粗糙度，且不易發(fā)生磨損和腐蝕現(xiàn)象。因此，本文利用微弧氧化（MAO）技術(shù)對國產(chǎn)機(jī)車用7N01鋁合金及其攪拌摩擦焊（FSW）接頭進(jìn)行表面防護(hù)處理，在其表面獲得均勻一致的陶瓷膜，提高其表面性能，為擴(kuò)大該類鋁

2、合金在交通領(lǐng)域的工程應(yīng)用提供相關(guān)指導(dǎo)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　通過正交設(shè)計方法對比篩選適宜的電解液體系及溶液組分配比，利用渦流涂層測厚儀、Image-Pro Plus圖像分析軟件、精密粗糙度儀，分析討論工作電壓、電流密度、脈沖頻率、占空比等工藝參數(shù)對陶瓷層厚度與表面特性（表面孔隙率、孔徑分布、輪廓支撐率等）的影響，優(yōu)化工藝參數(shù)。結(jié)果表明，采用恒流模式，且電流密度設(shè)定為5.5 A·dm-2、頻率為450 Hz、占空比20％、氧化時間30 m

3、in時，在NaAlO2體系電解液（5.5 g·L-1 NaAlO2、1 g·L-1 KOH、3 g·L-1 NaF、0.8 g·L-1 EDTA等）中所獲微弧氧化陶瓷層更為連續(xù)、完整，硬度大，外觀質(zhì)量良好，小孔徑分布比例大，表面孔隙率適宜，表面粗糙度小，輪廓支撐率曲線呈現(xiàn)上凸規(guī)律，實際接觸面積大，接觸剛性好，耐磨性優(yōu)異。
　　利用掃描電鏡（SEM）、能譜分析儀（EDS）、X射線衍射儀（XRD）、X射線光電子能譜儀（XPS）等測試技

4、術(shù)表征了陶瓷層的微觀形貌、物相組成及陶瓷膜層中元素分布情況。微弧氧化陶瓷層表面存在大量放電“噴射孔”、熔巖沉積、微裂紋等微觀形貌特征，陶瓷層與基體之間結(jié)合良好，放電微孔并未到達(dá)界面處。陶瓷層表面主要由Al和O兩種元素組成，并沿截面方向呈現(xiàn)梯度變化規(guī)律。電解液中的F-、Na+、Ca2+參與到微弧氧化過程，并吸附、保留在放電通道內(nèi)；從放電微孔噴出的熔融物更易生成γ-Al2O3相，但隨著氧化時間的延長，致密層中的α-Al2O3相逐漸增多。

5、r>　　利用硬度計測取陶瓷膜的維氏硬度值，采用冷熱沖擊法評價涂層的抗熱震性能，通過摩擦磨損試驗以及 SEM、EDS等手段，研究了陶瓷層的磨痕形貌、磨屑特征、元素分布及其摩擦磨損機(jī)制。結(jié)果表明，致密層的硬度值最大，其后則沿基體方向下降。陶瓷層經(jīng)受50次冷熱沖擊后未發(fā)現(xiàn)起泡和剝落現(xiàn)象，抗熱震性能良好。陶瓷層與GCr15鋼對摩時的干摩擦系數(shù)約為0.5~0.6，干摩擦30 min的磨損量僅為6.19 mg，兩者之間主要呈現(xiàn)粘著磨損與輕微磨粒磨損

6、機(jī)制。
　　分別采用點滴腐蝕、鹽霧腐蝕（NSS）和電化學(xué)方法研究了微弧氧化陶瓷層的耐腐蝕性能，分析了陶瓷層的耐腐蝕機(jī)制。結(jié)果表明，陶瓷層表面微孔多為盲孔，能有效阻礙腐蝕介質(zhì)（Cl-）與基體的接觸，呈現(xiàn)局部腐蝕特征。480 h鹽霧腐蝕后，陶瓷層的腐蝕率僅為0.019 g·m-2·h-1，經(jīng)沸水封孔處理后，其腐蝕率下降為5.9×10-3 g·m-2·h-1。均勻一致的微弧氧化陶瓷層能夠?qū)SW接頭起到很好的防護(hù)作用。微弧氧化處理的FS