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)陽極氧化基礎(chǔ)上發(fā)展起來的技術(shù)。本課題以6063鋁合金為基體材料,對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,對微弧氧化陶瓷層的組織結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了測試,分析了電解液組分以及工藝參數(shù)對陶瓷層表面形貌、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;通過對電解液電導(dǎo)率的測定以及對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)對陶瓷層的生長過程

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程的擊穿電壓,導(dǎo)致陶瓷層的生長速度發(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速度。正向電壓對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。隨著微弧氧化過程的延續(xù),陶瓷層厚度不斷增長,陶瓷層的均勻度也得以提高,但是氧化時間達(dá)到一定程度后,陶瓷層的生長速度變緩。計(jì)算結(jié)果表明,陶

4、瓷層厚度與通過試樣單位面積的正向電量存在非常好的線性對應(yīng)關(guān)系。對陶瓷層的分析表明,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,陶瓷層的α-Al2O3相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會出現(xiàn)極值。計(jì)算結(jié)果表明,陶瓷層的相組成與陽極消耗電能之間存在非常好的線性

5、對應(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程可以分為初始膜的形成和陶瓷層生長兩個階段。在初始膜的形成階段,正向電壓的提高,通過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;初始氧化膜對陶瓷層的形成過程具有重要意義。在陶瓷層生長的階段,正向電壓的提高主要是加大了正向脈沖對陶瓷層內(nèi)外物質(zhì)的輸送作用從而加速陶瓷層的形成,而負(fù)向電壓則通過促進(jìn)等離子體的形成及其對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