鋁合金微弧氧化陶瓷層的形成機制及其磨損性能.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階段,起弧前于鋁合金樣品表面形成可以施加足以產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。在電解液中進行電化學極化時的腐蝕電流越小、腐蝕電位越高,越易于生成高阻抗氧化膜,進而導致鋁合金微弧氧化過程較在其它溶液體系提前進行。 起弧后溶液中

2、溶質元素的作用由起弧前的“形成高阻抗氧化膜”而轉變?yōu)閷θ芤弘妼实恼{整,實驗發(fā)現：溶液的電導率越大,則生長速度越快。陶瓷層的生長增厚過程中不消耗溶質元素。 微弧放電前初期高阻抗膜的形成階段,物質的傳輸主要是借助于隧道效應；微弧放電后陶瓷層的生長增厚則主要依賴于鋁離子經放電通道與等離子體環(huán)境下產生的活性氧離子直接結合,產生熔融態(tài)的氧化物,經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,隨著氧化過程的不斷進行,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,電離產生的OH-可以補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致溶液中溶質元素在陶瓷層中含量的不同,盡管這種不同對陶瓷層的生長機理不產生影響,但利用這種特性可制備滿足不同性能要求的陶瓷層。 陶瓷層的物相結構主要是

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,陶瓷層生長速度越快,陶瓷層中亞穩(wěn)相γ-Al2O3會逐漸向穩(wěn)定相α-Al2O3轉變。但微弧氧化過程中放電通道中能量過大會導致陶瓷層致密度降低,這是因為陶瓷層中疏松層的形成主要是由于放電通道中脈沖能量過大,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”產生劇烈噴濺,從而使通道內部留下孔洞。因此通過控制微弧氧化不