ZL101等離子體電解氧化工藝及膜層形成機(jī)理的研究.pdf

1、鑄造Al-Si合金具有良好的力學(xué)性能和鑄造性能，應(yīng)用前景廣闊。但Al-Si合金硬度低，耐磨性差，常常限制了其廣泛應(yīng)用。利用PEO技術(shù)對(duì)Al-Si合金進(jìn)行表面處理，可在其表面形成具有高絕緣性、高硬度、耐磨、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)異性能的陶瓷膜，對(duì)改善Al-Si合金表面性能、擴(kuò)大Al-Si合金的應(yīng)用范圍具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文以ZL101合金的等離子體電解氧化為研究對(duì)象，通過對(duì)PEO電解液組分、電源控制參數(shù)、膜層的組成與結(jié)構(gòu)以及

2、膜層性能的研究，得出了它們之間相互影響的一些規(guī)律，并通過對(duì)ZL101的初始PEO膜形成過程的分析，探討ZL101的PEO過程的化學(xué)反應(yīng)和膜層形成機(jī)理。研究結(jié)果表明：
　　 電解液體系中的KOH和Na2SiO3濃度顯著影響ZL101的PEO過程。隨著KOH濃度的增加，PEO的起弧電壓下降，PEO反應(yīng)容易進(jìn)行；但KOH濃度超過3g/L時(shí)，PEO反應(yīng)激烈，不利于膜層的生長(zhǎng)。隨著Na2SiO3濃度的增加，電流和電壓呈增大的趨勢(shì)。電解液中

3、KOH和Na2SiO3濃度的合理濃度分別為3g/L和15g/L。
　　 EDX和XRD分析結(jié)果表明，ZL101的PEO膜主要成分為γ-Al2O3，α-Al2O3，SiO2及莫來石(3Al2O3·2SiO2)。隨著PEO處理時(shí)間的增加，ZL101的膜層的莫來石含量增加，γ-Al2O3逐漸向α-Al2O3轉(zhuǎn)化。膜層圖像定量分析結(jié)果表明，在恒壓300V的條件下，膜層表面孔隙數(shù)量較多、孔徑較小、分布比較均勻，但是膜層較薄；在恒壓400V

4、的條件下，膜層表面孔隙數(shù)量較少、孔徑較大、膜層較厚，但空隙分布不均勻。
　　 PEO處理顯著提高ZL101在NaCl和HCl溶液中的耐蝕性，在KOH濃度3g/L和電流密度12A/dm2的工藝條件下獲得PEO膜層具有最佳的耐蝕性。PEO膜還能顯著提高ZL101的高溫抗氧化能力，經(jīng)550℃、8h氧化試驗(yàn)后，膜層無(wú)明顯的凸起和脫落。
　　 在PEO初始階段，PEO膜同時(shí)在α(Al)相和β(Si)相上形成，兩相上的膜層均有大量類