镁合金微弧氧化陶瓷膜成膜过程分析及其摩擦磨损特性研究

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1、万方数据锌苤县／J大々UDC密级学位论文镁合金微弧氧化陶瓷膜成膜过程分析及其摩擦磨损特性研究作者姓名：苏开云指导教师：董允教授东北大学材料与冶金学院申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：材料学论文提交日期：2014年6月论文答辩日期：2014年6月学位授予日期：2014年7月答辩委员会主席：宗亚平教授评阅人：东北大学齐西伟教授燕山大学徐瑞教授东北大学20l4年6月万方数据AThesisinMaterialsScienceStudiesontheprocessofFormingMicro—arcoxidationCeramicCoatingsonMagnes

2、iumAlloyandCeramicCoatings，p●』●1J●IrlCtlonancIWearDr0DertleSBySuKaiyunSuperVisor：ProfessorDongY．unNortheasternUniVersityJune2014万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：苟前云日期：W≯．分、

3、乏。．学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：学位论文作者签名：荀、哥弓导师签名_守厶签字日期：¨≯坤易，弓。签字日期：’物峰．z·≥，万方数据壅i!盘堂塑±鲎焦迨塞塑墨镁合金微弧氧化陶瓷膜成膜过程分析及其摩擦磨损特性研究摘要利用微弧氧化技术在AZ91D镁合金表层制备原位生长的具有冶金结合强度的陶瓷膜层，以膜层厚

4、度与结合力为评判因素，通过改善电解液成分配比和实验电参数来确定成膜最佳工艺。综合利用xRD、EDS等测试方法测试了陶瓷膜的相组成与元素分布情况；利用SEM观察了陶瓷膜的表层形貌及内部花样形貌，通过分析不同时间试样膜层的元素分布探索了微弧氧化成膜的传质过程；采用销盘式摩擦磨损试验机将孔隙率不同的膜层在相同摩擦条件下进行在油润滑磨损，分析了油润滑条件下的磨损机制。运用正交试验方法，以陶瓷膜层厚度和结合力作为对比依据筛选出了本实验的最佳电解液配方为：硅酸钠99／L，磷酸钠59／L，氢氧化钾69／L，氟化钠29／L，EDTA二钠19／L。同样通过正交方法和控制变量法确定了

5、最佳的工作电参数为：微弧氧化时间40min，电流密度5A／dm2，频率300Hz，占空比20％。陶瓷膜层主要相为MgO、M92Si04、MgAl204及M93(P04)2，MgO相含量增长最快。微弧氧化初期，试样表面生成一层致密的氧化膜，随着电荷在氧化膜两端积累逐渐击穿，陶瓷膜层进入外生长阶段，此时电解液中的硅酸根离子、磷酸根粒子、氧离子以及与基体反应生成的铝酸根离子进入到膜层内部与单质镁和镁离子发生反应生成一系列陶瓷相；但随着反应进行，膜层表面孔洞减少，酸根离子不再那么容易进入到膜层内部放电区域，只有离子半径较小的氧离子可以较为容易的进入到膜层内部，所以反应后期

6、主要形成的陶瓷相为氧化镁；通过对不同元素的能谱和xRD分析发现，陶瓷膜的表层富含种类多样的陶瓷相，而膜层内部主要为氧化镁陶瓷相，这是因为随着反应进行，内部放电击穿温度和能量逐渐升高，由于熔点较低，反应初期形成的氧原子比较高的陶瓷相载体在高温下被重新融化，并在高电压下分解为等离子体。由于镁离子有着较容易地结合，氧的等离子体可以立即反应生成氧化镁陶瓷相。熔融物喷发通道由内到外也是一个温度快速降低的通道，喷发出的不同陶瓷相因为其凝固点不同在通道内的不同位置固化形成新的陶瓷相，所以各个元素在膜层内有着一定规律一TT—万方数据查I垦盘堂堕±芏堡逾童塑垩的分布。油润滑中膜层孑

7、L洞的储油作用有利于提高膜层的耐磨性，磨损率减小到干摩擦条件下的1／1O左右。通过分析黏性物质的湍流数学建模简化雷诺偏微分方程，可以推测出油润滑磨损时油膜与摩擦副和陶瓷膜层的应力关系，估算出油膜的厚度。通过观察磨损形貌，结合陶瓷膜层的结构特点，发现陶瓷膜层的磨损机理主要是疲劳磨损。关键词：镁合金微弧氧化工艺参数扩散机制摩擦磨损特性一III。万方数据垄i垦盘堂塑±堂焦迨塞△坠§鲤鱼!Studies0ntheprocessofFormingMicro—arcoxidationCeramicC0atings0nMagnesiumAlloyandCeramicCoatin

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