鋁合金表面原位生長(zhǎng)陶瓷膜及摩擦磨損與耐蝕研究.pdf

1、針對(duì)鋁合金耐磨、耐蝕性差等問題，利用雙相脈沖微弧氧化電源在鋁合金表面原位生長(zhǎng)陶瓷膜，研究了不同鋁合金基體氧化鋁陶瓷膜組成、結(jié)構(gòu)及性能；系統(tǒng)研究了LY12鋁合金微弧氧化黑色氧化鋁和氧化鋯復(fù)合陶瓷膜的組成，結(jié)構(gòu)及性能，探討了合金成分對(duì)微弧氧化陶瓷膜結(jié)構(gòu)、性能和顏色的影響及不同電解液體系下的氧化鋯陶瓷膜的成膜機(jī)制；建立陶瓷膜抗熱彈性形變應(yīng)力模型，分析熱沖擊循環(huán)過程熱應(yīng)力的變化；運(yùn)用加速電化學(xué)腐蝕的方法評(píng)價(jià)了三種電解液體系陶瓷膜的耐腐蝕性；研究

2、了三種電解液體系陶瓷膜的摩擦行為。
　　利用X-射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、電子探針（EPMA）、能譜（EDS）和X射線光電子能譜儀（XPS）研究膜層的相組成、形貌、元素分布和元素價(jià)態(tài)變化；利用加速的電化學(xué)方法評(píng)價(jià)膜層的耐腐蝕性；利用顯微硬度儀研究膜層硬度的變化特點(diǎn)；利用球盤式滑動(dòng)干摩擦儀(Si3N4球?yàn)槟Σ粮?，研究鋁合金和陶瓷膜的磨損率和摩擦系數(shù)。
　　純Al和LC9微弧氧化膜分別由α-Al2O3和γ

3、-Al2O3組成，LY12膜層由大量γ-Al2O3和少量α-Al2O3組成。膜層抗熱震性按LC9、LY12、Al依次增強(qiáng)；耐腐蝕性能和與基體結(jié)合強(qiáng)度按Al、LC9、LY12依次增強(qiáng)；純Al、LY12和LC9膜層的硬度最大值分別為33.4GPpa、22.15GPa和16.8GPa。在Na5P3O10-CrO3溶液中，LY12鋁合金微弧氧化可制得黑色陶瓷膜層，膜層的Cr氧化數(shù)為0、+3價(jià)、+6，并且以非晶態(tài)存在，CrO3能促進(jìn)γ-Al2O3

4、向α-Al2O3轉(zhuǎn)化、提高成膜速率、硬度、致密性及耐蝕性。
　　在K2ZrF6-NaH2PO2溶液中，LY12鋁合金微弧氧化陶瓷膜主要由m-ZrO2、t-ZrO2和γ-Al2O3組成。負(fù)相電流密度增加導(dǎo)致電解液體系狀態(tài)發(fā)生改變，使得膜層增厚及消除KZr2(PO4)3相；膜層的最大努普硬度可達(dá)16.75GPa，與基體結(jié)合強(qiáng)度大于17.5MPa；增加NaH2PO2濃度均可提高膜層的耐點(diǎn)腐蝕性能。在NaAlO2-K2ZrF6電解液中，陶

5、瓷膜主要由γ-Al2O3、α-Al2O3和少量的c-ZrO2；少量的K2ZrF6能加速膜層生長(zhǎng)、致密性提高、促進(jìn)γ-Al2O3向α-Al2O3轉(zhuǎn)化及硬度的增大，改善了膜層的耐腐蝕性能；膜層的最大努普硬度達(dá)23.41GPa。
　　微弧氧化陶瓷膜一個(gè)熱沖擊循環(huán)經(jīng)歷升溫、保溫和降溫3個(gè)階段。K2ZrF6-NaH2PO2電解液體系陶瓷膜加熱過程應(yīng)力由0迅速達(dá)到575Mpa，然后緩慢變?yōu)?80MPa，沖擊循環(huán)38次以上出現(xiàn)起皮脫落；NaAl

6、O2-K2ZrF6電解液體系陶瓷膜加熱過程應(yīng)力由0迅速達(dá)到558Mpa，然后緩慢變?yōu)?94 MPa，降溫過程為升溫過程的逆過程熱，熱沖擊循環(huán)次數(shù)29次以上出現(xiàn)起皮剝落。
　　微弧氧化陶瓷膜的耐磨性同LY12鋁合金相比較顯著提高。K2ZrF6-NaH2PO2體系制備的膜層（載荷150g）最小磨損率為1.61×10-6g/min、摩擦系數(shù)在0.35-0.367之間變化，磨損過程由開始階段的粘著磨損逐步過渡至脆性斷裂。NaAlO2-K2