鋁合金微弧氧化膜生長(zhǎng)機(jī)制及性能研究.pdf

1、微弧氧化膜因其良好的耐磨、耐腐蝕等特性，廣泛應(yīng)用航空、航天等領(lǐng)域。為了進(jìn)一步研究微弧氧化成膜機(jī)理及膜層性能，通過(guò)在 Na2SiO3- Na5P3O10-CH3COONa電解液體系中，對(duì)純鋁進(jìn)行微弧氧化，分別制備出微弧氧化膜和微弧氧化/ZrO2復(fù)合膜。通過(guò) SEM觀察膜層表面、微弧氧化膜中間層、膜/基界面及截面的形貌，利用EDS和XRD分別對(duì)元素及物相進(jìn)行分析，初步摸索膜層的生長(zhǎng)機(jī)理及第二相粒子的沉積機(jī)理。在理論研究的基礎(chǔ)上，制備含有α-

2、Al2O3微粒的鑄造Al-Si合金微弧氧化膜，并研究其耐磨性與耐蝕性。
　　研究結(jié)果表明：純鋁微弧氧化膜的生長(zhǎng)是雙向進(jìn)行的。初始時(shí)膜層以向外生長(zhǎng)為主；而在中后期，膜層向外向內(nèi)同時(shí)生長(zhǎng)，但向內(nèi)生長(zhǎng)起主導(dǎo)作用。通過(guò)膜層表面、微弧氧化中間層及膜/基界面可以看到整個(gè)膜層中存在著尺寸相當(dāng)、貫通的放電通孔，并且界面形貌不斷變化。初步認(rèn)為在微弧氧化過(guò)程中，高溫高壓使得放電區(qū)域形成溫度較高的熔池，熔池的產(chǎn)生不斷地改變基體。而生成的熔融產(chǎn)物中，有的

3、直接沉積下來(lái)，替代被消耗掉的基體，有的隨放電通道噴射出去，于膜層中形成通孔和孔洞。通過(guò)建立微弧氧化膜層生長(zhǎng)模型，詮釋膜層雙向的生長(zhǎng)方式，形貌及結(jié)構(gòu)的變化、放電通孔及熔池的存在以及兩者對(duì)膜層生長(zhǎng)的重要性。
　　通過(guò)計(jì)算得到從外到內(nèi)微弧氧化/ZrO2復(fù)合膜三個(gè)平面上ZrO2平均含量分別為17.64％、6.85%及7.17%。微弧氧化初期，由于陽(yáng)極氧化膜層較薄，顆粒嵌入膜層較容易，使得顆粒與顆粒之間形成薄弱區(qū)域。試樣表面開(kāi)始出現(xiàn)火花時(shí)，

4、顆粒間的陽(yáng)極膜首先被擊穿放電形成熔池，熔融物質(zhì)在高溫高壓的作用下向外噴射將顆粒覆蓋，且隨著膜層的變厚，ZrO2顆粒不斷地被放電產(chǎn)生的熔池所捕捉而進(jìn)入膜層。根據(jù)以上結(jié)論初步建立 ZrO2顆粒沉積模型為：首先參與陽(yáng)極氧化膜的成膜過(guò)程，改變膜層結(jié)構(gòu)；中后期沉積主要通過(guò)放電通孔、熔池的捕捉共同作用進(jìn)入膜層。
　　α-Al2O3微粒改變了鑄造Al-Si合金微弧氧化膜的組成及結(jié)構(gòu)，同時(shí)提高了其耐磨和耐蝕性。未添加α-Al2O3微粒時(shí)，膜層呈多

5、孔結(jié)構(gòu)，主要相結(jié)構(gòu)為γ-Al2O3。加入α-Al2O3微粒后，復(fù)合膜致密性大幅提高，表面粗糙度 Ra降低。復(fù)合膜與GCr15對(duì)磨時(shí)的摩擦系數(shù)僅為0.20~0.25；摩擦后，表面只有微少磨損斑點(diǎn)，比磨損率為0.77×10-6 mm3?N-1?m-1，僅為基體的14%和微弧氧化膜的65%。另外復(fù)合膜的孔隙結(jié)構(gòu)電阻 Rp、致密結(jié)構(gòu)電阻 Rb均大于微弧氧化膜的 Rp及 Rb；自腐蝕電流密度為4.23×10-6 A·cm-2，比微弧氧化膜約低了1