鋁合金微凹凸表面微弧氧化膜生長(zhǎng)特性及性能研究.pdf

1、鋁合金微弧氧化陶瓷氧化膜具有耐磨、耐蝕、耐熱沖擊和高絕緣性等優(yōu)異的物理化學(xué)性能，其運(yùn)用前景廣闊。但能耗較高、氧化膜生長(zhǎng)速度緩慢等問題限制了該技術(shù)的發(fā)展。眾所周知，在微弧氧化過程中，由于電流的集中效應(yīng)，放電火花有較強(qiáng)烈的邊緣效應(yīng)，在基體表面轉(zhuǎn)角、邊緣和凹槽等處首先出現(xiàn)，然后蔓延到整個(gè)平面，在放電火花作用下，氧化膜在垂直于基體表面的方向上生長(zhǎng)，一直保持到氧化過程的結(jié)束。為了有效利用微弧氧化電流的集中效應(yīng)和氧化膜垂直于基體表面生長(zhǎng)的特征，人為

2、控制氧化膜的生長(zhǎng)過程，提高氧化膜的成膜效率和膜層性能展開研究。
　　本文運(yùn)用機(jī)械加工法構(gòu)建出微米級(jí)別的凹凸表面并進(jìn)行微弧氧化，制備出鋸齒型陶瓷氧化膜。使用SEM、EDS、XRD、維氏硬度測(cè)試儀和摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備研究了鋸齒型陶瓷氧化膜的生長(zhǎng)速率、結(jié)構(gòu)及性能，分析探討了微凹凸表面氧化膜的生長(zhǎng)機(jī)理及影響熔接缺陷的因素，并初步探索了鋸齒型氧化膜運(yùn)用在鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)表面的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　研究結(jié)果表明，微弧氧化過程中微凹槽的尖角處

3、有明顯的電流集中效應(yīng)，此處氧化膜較厚。微凹槽中氧化膜的生長(zhǎng)與在平直面上生長(zhǎng)不同，初期氧化膜垂直于表面生長(zhǎng)，隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，凹槽底面和側(cè)面上的氧化膜競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)，最后兩側(cè)面上的氧化膜相遇并在放電火花的作用下產(chǎn)生熔接，適宜的微槽夾角有利于氧化膜的充分熔接。在一定的微弧氧化參數(shù)和微凹槽尺寸下，氧化物能基本填滿微凹槽并與微凹槽外部的氧化膜形成連續(xù)、致密、平整氧化膜，氧化膜的生長(zhǎng)速率得到提高。
　　通過計(jì)算熔接缺陷周圍非穩(wěn)態(tài)的瞬時(shí)點(diǎn)熱源溫度

4、場(chǎng)，論證了已閉合凹槽內(nèi)熔接痕被微弧放電火花加熱熔接的理論可行性及受熱影響的區(qū)域半徑，并在實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。由于微弧氧化膜具有自愈合能力，隨著微弧氧化時(shí)間的增加，熔接缺陷有減弱并消失的趨勢(shì)。但由于電擊穿過程熔融氧化物對(duì)缺陷的充填不足、氧化膜材料之間的熱膨脹系數(shù)不匹配、熔融氧化鋁冷卻過程中晶型轉(zhuǎn)變后的體積收縮、凹槽內(nèi)氣體不易排出等原因，在固定的微凹槽尺寸下熔接缺陷很難完全消失。
　　微凹槽內(nèi)的氧化膜由于導(dǎo)熱環(huán)境差，微弧氧化過程中有利于