铝合金微弧氧化及特性电参数的研究

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1、StudyontheMicro-arcOxidationandCharacteristicsofElectricalParametersonAluminumAlloyADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnMaterialsPhysicsandChemistrybyJIANGYiminUndertheSupervisionofProf.ZHOUYaSchoolofMaterialScienceandEnginneeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaMay,2012南昌航空大

2、学硕士学位论文摘要摘要微弧氧化技术是提高铝合金硬度和耐磨性，满足现代工业对铝合金结构材料质轻、硬度高、耐磨等要求，解决工业应用问题的一种有效措施。7075铝合金在航空及军用工业上应用非常广泛，但目前对7075铝合金微弧氧化的研究不够深入及全面，针对7075铝合金微弧氧化膜层的硬度、耐磨性、耐蚀性等不足问题，本文主要通过电解液体系和特性电参数的研究以提高其膜层性能。课题中研究的特性电参数主要有：供电方式、反向占空比以及交流不对称分段调节氧化法等，并探讨了特性电参数对膜层性能的影响。运用多种现代材料分析手段对获得的氧化膜层中疏松层、致密层的组织结构、表面形貌、主要元素分布进行了分

3、析，对氧化膜层的硬度、结合力、耐磨性以及耐蚀性等性能进行了测试分析。将研究获得的微弧氧化工艺对不同牌号的铝合金进行了实验，以验证课题研究获得的最佳工艺适用性。通过正交实验以及单因素优化实验及研究，获得适用于7075铝合金微弧氧化的电解液最优配方为：[Na-1-12SiO3]8.0~10.0g.L；[添加剂A]7.0~9.0g.L；[Na2WO4]1.5~2.5g.L-1；[pH]10~12。在获得最优电解液配方基础上对特性电参数进行优化和研究，结果发现，与恒直流、直流脉冲相比，由于负向电流对膜层具有整平和改性的作用，在交流不对称条件下获得膜层性能更优。反向占空比是引入负向电流

4、的一种方式，对微弧氧化膜层性能改善起到了重要作用，但是目前对此研究较少，因此文中对反向占空比单独进行了系统的研究。研究结果发现反向占空比对膜层的影响分为三个阶段：当反向占空比在10%升至40%，反向占空比的增加使得负向电流的通入时间延长，负向电流对氧化膜疏松层具有溶解的作用，因此膜层总厚度下降，但是膜层中的致密层比例却随之增加；当反向占空比为40~50%时，膜层性能达到最佳状态；当反向占空比由50%继续增大，由于反向电流的溶解速率大于正向电流的成膜速率，膜层的整体性能急剧下降。负向电流对微弧氧化膜层具有较大的改善作用，课题中通过几种不同方式引入负向电流，实验结果表明采用交流不

5、对称分段调节法获得的膜层性能最佳。该氧化法是在不同氧化时段采用分段式反向占空比对基材进行微弧氧化。该氧化法可在小电流条件下获得膜层厚度可达100μm以上，硬度达1500HV，耐中性盐雾试验超过1500小时，耐磨性能较基材提高了近6倍，膜层结合力接近硬质氧化膜层等优良性能，最终确定微弧氧化工艺参数为：I南昌航空大学硕士学位论文摘要[供电方式]：交流不对称分段调节氧化法；[J-2a=Jc]：4~6A·dm；[频率]：100Hz；[正向占空比]：20%；[温度]：10~70℃[反向占空比]40%30%20%[氧化时间]60min35min25min通过现代材料分析手段对最佳氧化膜进

6、行分析，发现膜层中疏松层表面孔洞较大且多，主要由非稳态的γ相铝氧化物及溶液中的一些化合物组成，而致密层主要由稳态的α相及亚稳态的γ相铝氧化物构成，膜层表面光滑、平整，孔洞少且细小，是提高膜层综合性能的关键。关键词：微弧氧化，铝合金，交流不对称分段调节氧化法，反向占空比II南昌航空大学硕士学位论文AbstractAbstractInordertomeettheneedsofaluminumalloystructuralmaterialsoflightweight,highhardnessandwear-resistantinmodernindustrial,micro-arco

7、xidation(MAO)technologywasaneffectivemeasuretosolvetheindustrialapplication,whichcouldimprovethehardnessandwearresistanceofaluminumalloy.7075aluminumalloywaswidelyusedinaerospaceandmilitaryindustry,butmicro-arcoxidationonwhichwasnotenoughin-depthandcompr