论文部分内容阅读
本文就铝及其合金材料的表面电化学强化处理进行了较详细的研究。论文前部分（第二、三、四章）研究了铝及其合金在中性体系中阳极氧化沉积形成类陶瓷非晶态复合转化膜的工艺、性能、形貌、成分和结构，初步探讨了膜层的成膜过程和机理。 工艺研究结果表明，在Na2WO4中性混合体系中，控制成膜促进剂浓度为2.5～3.0g/l，络合成膜剂浓度为1.5～3.0g/l，Na2WO4浓度为0.5～0.8g/l，峰值电流密度为6～12A/dm2，弱搅拌，可以获得完整均匀、光泽性好的灰色系列无机非金属膜层。该膜层厚度为5～10μm，显微硬度为300～540HV，耐蚀性优异。该中性体系对铝合金有较好的适应性，防锈铝、锻铝等多种系列铝合金上都能较好地成膜。 EDS研究发现，膜层的组成元素为O、Al、C、P和W。XRD分析表明膜层呈非晶态结构，铝的氧化物是主要组成物相，同时夹杂有多种Al与电解液成分形成的复杂化合物。SEM形貌分析表明膜层结构非常致密，孔隙率为30～40个/μm2，孔径为15～20nm。截面SEM分析发现，氧化膜分为两层，外层为疏松层，厚约1～2μm；内层为紧密层，厚约7～8μm，紧密层利用基体的显微不平整与基体牢固结合。紧密层和疏松层中均存在有微裂纹。 电化学与SEM的共同研究表明，成膜过程可以分为四个阶段，即膜层氧化沉积的初始阶段、复合膜层初始生长阶段、复合膜层快速生长阶段和火花放电阶段。膜层沉积主要发生在快速生长阶段，沉积速度超过2μm/min。对膜层形成机理，作者初步认为，在该特殊电解液和工艺条件下，铝/电解液界面上形成了带负电的含铝胶体粒子，在化学、电化学及界面焦耳热的共同作用下，胶体层经浓缩、高温脱水和快速冷却，形成具有特殊性能和结构的非晶态复合氧化膜。 本文的后部分（第五、六章）对ZL109铸铝合金在水玻璃混合体系中微弧氧化形成陶瓷氧化膜的工艺、性能、形貌、成分和结构进行了详细的研究，讨论了基体合金元素对膜层性能的影响，并对微弧氧化陶瓷膜的形成过程进行了初步探讨。 工艺研究结果表明，在水玻璃混合体系中，对ZL109合金进行微弧氧化，控制NaOH浓度为2～4g/l，水玻璃5～6ml/l，Na2WO4和EDTA二纳的总浓度为4～6g/l，质量配比为1:1，初始电流密度为30～40A/dm2，强搅拌，可以获得细腻、均匀，厚度为70～80μm，显微硬度达到800HV的陶瓷氧化膜。ZL108、ZL110、M124、LY12等合金在该体系中也能得到类似的微弧氧化膜，合金成分对膜层组成和性能有较大的影响。LF4合金在Na3PO4混合体系中可获得结合力好，显微硬度在1200HV以上的陶瓷膜。 EDS研究表明ZL109MAO膜的主要组成元素为O、Al、Si，同时还包括少量Cu、Na、 Mg、W等来自电解液或铝合金基体的元素，AI和 St在膜层中呈不均匀的互补性分布； LF4MAO膜的组成元素包括O、AI、P和 Mg，其中 O和 AI的原子百分含量达到 97％以 上。＊RD分析发现＊L109O膜的组成物相中除n一、Y、a－川。0。以外，还包括大量的引。 及多种由体系中的各种元素组成的复杂化合物：LF4MAO膜主要由门－和Y－A12O3组成，并 含有少量的a－AI。O。、MgAIPO；和镁的氧化物等物相。SEM分析表明MAO膜在形成过程 中经历了明显的熔融烧结过程，微弧区等离子体放电产生的温度高达 2000 oC以上；－”u4＊AO膜的结构比＊u 09 MAMAO膜更加致密：MA O膜与基体互相渗透，紧密咬合，为1膜层提供了牢固的结合力。由于成分及结构上的差异，使 LF4MAO膜比 ZL109MAO膜 具有更优异的性能。 研究表明，微弧氧化经历普通阳极氧化阶段、火花放电阶段和微弧氧化阶段，形成 性能优异的陶瓷氧化膜。微弧氧化过程中微弧区等离子体放电产生的高温不但使膜层由 于热应力产生裂纹，易诱发新的弧光放电点，形成正反馈机制，而且为铝的氧化物的相 变和氧化膜的熔融烧结提供了巨大的能量。微电弧参与成膜反应是形成陶瓷质氧化膜的 关键，也是微弧氧化与常规阳极氧化的根本区别。