鋁合金微弧氧化低能耗電解液的配比研究及應(yīng)用.pdf

1、微弧氧化是一種簡(jiǎn)易高效的材料表面處理技術(shù),目前已成為材料表面工程的“新星”。該技術(shù)技術(shù)具有綠色環(huán)保、工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)高效、對(duì)基材形狀適應(yīng)性廣的特點(diǎn)。其膜層致密均勻,膜基結(jié)合能力強(qiáng),因此得到材料界的高度重視。目前鋁合金微弧氧化膜的研究主要集中在工藝參數(shù)(電解液配方、電參數(shù)等)與陶瓷膜結(jié)構(gòu)、成分及性能的相互關(guān)系和規(guī)律的探討。
　　微弧氧化雖然具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì),但是高能耗問(wèn)題仍然限制其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。目前俄、美等國(guó)家的微弧氧化技術(shù)工藝

2、較為純熟,已將微弧氧化技術(shù)用于部分工業(yè)化生產(chǎn),但是工程化程度不夠,國(guó)內(nèi)的微弧氧化技術(shù)仍然在探索和研究中。因此根據(jù)市場(chǎng)需要,針對(duì)性能優(yōu)良的2A12鋁合金,開(kāi)發(fā)出一套高效、環(huán)保且低能耗的微弧氧化工藝方案,通過(guò)分析工藝參數(shù)對(duì)陶瓷膜微觀結(jié)構(gòu)及宏觀性能的影響來(lái)總結(jié)規(guī)律性問(wèn)題,對(duì)微弧氧化技術(shù)應(yīng)用發(fā)展具有重要的理論和實(shí)際意義。所得到的低能耗工藝研究成果,不僅可以豐富和發(fā)展鋁合金微弧氧化試驗(yàn)研究,而且對(duì)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)具有良好的指導(dǎo)作用。
　　為降

3、低微弧氧化工藝的能量消耗并獲得性能優(yōu)異的陶瓷膜,本課題主要研究不同添加劑對(duì)2A12鋁合金微弧氧化陶瓷膜特性及制備能耗的影響。重點(diǎn)研究 KF、Na2WO4、K2CO3對(duì)微弧氧化能量參數(shù)(起弧電壓、穩(wěn)定電壓、平均制備能耗)和陶瓷膜性能(厚度、硬度、粗糙度)的影響規(guī)律。
　　本文還研究了較大面積試樣的微弧氧化行為,分析其與小面積試樣在工藝參數(shù)、制備能耗及膜層性能方面的差異。采用SEM觀測(cè)陶瓷膜的表面和截面顯微形貌,采用XRD和EDS分析

4、陶瓷膜的組織結(jié)構(gòu)和微區(qū)成分含量。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(一)添加劑對(duì)陶瓷膜性能及能耗的影響
　　(1)三種添加劑中,KF和Na2WO4對(duì)陶瓷膜的厚度和平均制備能耗的影響較大,而K2CO3對(duì)其影響較小;
　　(2)添加劑的濃度值處于適當(dāng)范圍內(nèi)才有利于陶瓷膜的生長(zhǎng),在本工藝條件下, KF的最佳濃度值為10 g/L,Na2WO4的最佳濃度值為6 g/L,K2CO3對(duì)陶瓷膜生長(zhǎng)有一定的優(yōu)化作用,但效果不顯著,10 g/

5、L后出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象;
　　(3)加入KF和Na2WO4后,陶瓷膜的生長(zhǎng)速率、厚度和制備能耗的優(yōu)化程度較沒(méi)有添加劑時(shí)可以提高1~2倍;
　　(4) Na2WO4主要影響陶瓷膜的起弧電壓,K2CO3主要影響穩(wěn)定電壓,而KF對(duì)兩個(gè)參數(shù)的影響都較顯著;
　　(5)通過(guò)正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),KF、Na2WO4、K2CO3和(NaPO3)6對(duì)微弧氧化制備能耗的影響程度由強(qiáng)到弱依次為:(NaPO3)6、Na2WO4、KF、K2CO3;各添加劑

6、疊加使用后,獲得的陶瓷膜硬度、結(jié)合強(qiáng)度和致密性都顯著提高,正交試驗(yàn)的優(yōu)方案為(NaPO3)6(15g/L)、Na2WO4(3g/L)、KF(12g/L)、K2CO3(4g/L);
　　(6)正交優(yōu)方案的陶瓷膜厚度為71μm,平均制備能耗為8.13 kw·h/(m2·μm),硬度為1283 HV。
　　(二)工藝參數(shù)對(duì)較大面積試樣的影響
　　(1)不同尺寸試樣若獲得相同質(zhì)量的陶瓷膜,采用的工藝參數(shù)值相差較大,但對(duì)微弧氧化