sicltpgta356铝基复合材料微弧氧化陶瓷膜的制备技术及机理研究

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1、摘要微弧氧化技术是一种新型的有色金属表面处理技术，可在铝、镁、钛等合金表面原位生长一层陶瓷膜。本文采用微弧氧化技术在SiCp／A356颗粒增强铝基复合材料表面成功地制备出具有良好耐磨性能和耐腐蚀性能的陶瓷膜，探讨了陶瓷膜的生长过程和机理，对于促进和扩大微弧氧化技术的应用，具有十分重要的意义。在SiC．／A356复合材料陶瓷膜制备方面，研究发现了铝酸盐电解液体系对SiCp／A356微弧氧化处理具有较好的成膜效果，经过大量试验确定了适合SiCp／A356复合材料用的电解液配方为铝酸钠89／l，水玻璃39／1，无机盐添加剂29，l。在此基础上，系统研究了氧化时间、电流密度、电解液温度

2、、试样形状等因素对微弧氧化膜生长过程的影响规律。在SiCx,／A356陶瓷膜性能测试方面，随着与基体／陶瓷膜界面距离的增加，陶瓷膜的硬度呈现出先迅速提高，后逐渐下降的趋势，在距离界面2011m处达到了最大值1406Hv。陶瓷膜具有良好的弹性，其弹性模量的分布与硬度分布具有相似的变化规律。硬度和弹性模量的这种变化趋势是与陶瓷膜的相结构及孔隙率的变化相对应的。浸泡腐蚀试验、中性盐雾腐蚀试验和电化学腐蚀试验测试表明，陶瓷膜具有良好的耐腐蚀性能，在侵蚀性介质的腐蚀过程中陶瓷膜呈现出不同的电化学行为。摩擦磨损试验表明：在低名义接触压力条件下，与GCrl5轴承钢对磨时陶瓷膜几乎没有磨损，表

3、现出极为优良的耐磨性能；在高名义接触压力条件下，陶瓷膜也具有优于铝基复合材料的耐磨性能。在SiCp／A356陶瓷膜表面形貌、组织结构和机理研究方面，陶瓷膜表面比较粗糙，残留有大量的呈火山口状的等离子体火花放电通道痕迹。陶瓷膜由外层的疏松层和内层的致密层组成。XRD衍射结果表明，陶瓷膜的结构主要由a-A1203、丫-A1203及铝的复合氧化物如A16Si2013(莫来石)等陶瓷相组成。致密层与基体的结合界面处由于存在的不导电SiC陶瓷颗粒，因此有少量的孔洞。结合界面上存在的SiC颗粒一端镶嵌在陶瓷膜中，另一端与基体牢固结合，陶瓷膜与基体呈犬牙状结合。抗热震试验结果表明，陶瓷膜与复

4、合材料基体具有良好的结合强度。SiC．／A356复合材料陶瓷膜在生长过程中同时向基体内外生长，但以向基体外生长为主。在等离子体化学和电化学的共同作用下，电解液中的铝酸根离子和硅酸北京交通大学博士学位论文根离子会沉积到复合材料表面形成氧化铝陶瓷相和莫来石陶瓷相，解决了铝基复合材料中SiC颗粒表面无法生成陶瓷膜的问题，复合材料表面的陶瓷膜比较均匀连续。微弧氧化过程中部分SiC颗粒会进入陶瓷膜中，在等离子体弧光的高温高压作用下发生分解，在陶瓷膜中留下部分孔洞，降低了陶瓷膜的致密性。关键词：SiCp，A356复合材料，微弧氧化，陶瓷膜，腐蚀，磨损ⅡAbstractMicro-arcox

5、idation(MAO)techniqueisanewl(indofsurfacetreatmentmethodfornon衙ousmetals，anditcallfabricateanin-situceramiccoatingOllthenonferrousmetalssuch髂aluminum．magnesium,titaniumand也e订alloys．CeramiccoatingswithgoodcorrosionresistanceandwearresistanceweresuccessfullyfabricatedonSiCr]A356aluminummetalma

6、trixcompositesusingMAOmethodwithalternativecurrentpowersource．ThegrowthprocessofMAOceramiccoatinganditsmechanismwerediscussed．ThisresearchwasofgreatsignificanceontheapplicationanddevelopmentofMAOmethodinthelongtun．InthestudyofproducingtheceramiccoatingsonSiCp／A356composites，itwasfoundthatthe

7、electrolytesystemofaluminatesodiumcouldfabricateceramiccoatingswithgoodpropertiesonSiCp／A356composite．Optimalconcentrationofelectrolytewith89／1aluminatesodium,3胡silicatesodiumand2鲫inorganicsaltadditivesweredeterminedbysystematicexperiments．Influenc