微弧氧化技术在铝合金腐蚀防护中的应用研究与发展

随着轻型合金技术的发展,铝合金被广泛应用于船舶舰艇、装甲装备等领域,但随之带来的腐蚀问题不容小觑.资料显示,我国铝合金舰船的维修费用有近一半用于修复海水腐蚀损坏.铝合金微弧氧化是一种表面处理技术,兴起于上个世纪下半叶,通过在铝合金表面生成陶瓷层,能起到较好的防腐效果,同时对工件结构包容性大,在处理复杂零部件时有特殊优势.铝合金经微弧氧化处理,能在表面原位生成以α-Al2 O3和γ-Al2 O3为主要成分的陶瓷层,具有较高的硬度、耐腐蚀性和耐磨性;但由于微弧氧化发生时,会产生瞬时高温高压,击穿原有自然氧化膜,在表面形成放电通道,因此微弧氧化膜层有大量孔洞.为提高微弧氧化膜层综合性能,更好地发挥腐蚀防护作用,学者们对微弧氧化过程以及膜层质量进行了大量研究.影响其质量的因素大致可概括为四个方面:电解液、电参数、氧化时间和添加剂.一般来说,电解液和添加剂对铝合金微弧氧化膜层成分有直接影响,合理使用添加剂对改善膜层表面孔隙率有积极意义,尤其是纳米颗粒添加剂,发挥第二相弥散强化作用,能有效提高膜层强度和硬度;而电参数和氧化时间对成膜效率、膜层厚度以及相结构都有影响,各种因素相互关联制约,共同影响微弧氧化陶瓷层的耐腐蚀效果和综合性能.以美国为代表的发达国家从上世纪七十年代起就开始在工业中使用铝合金微弧氧化技术,俄罗斯对微弧氧化的理论研究比较深入,处于国际领先地位.但是微弧氧化过程瞬间完成,同时涉及到化学、电化学、等离子体等反应,机理十分复杂,至今仍没有统一的模型能够完美解释整个过程.我国对铝合金微弧氧化技术的研究始于上世纪九十年代,在理论积累以及工程应用领域均取得了一定成果,尤其是在一些小型铝合金工件的微弧氧化技术上,工艺流程已较为成熟.本文归纳了铝合金微弧氧化膜层腐蚀防护机理,对影响铝合金微弧氧化膜层防腐性能的因素进行了梳理讨论,并对铝合金微弧氧化技术发展中的问题和前景进行了总结和展望,以期为研究人员的进一步研究提供参考.     

铝合金微弧氧化溶液体系的研究进展

添加剂按功能可分为导电剂、钝化剂、改良剂和稳定剂,分析了各种类型添加剂对铝合金微弧氧化制备陶瓷膜产生影响的规律性及作用机理。综述了电解液主要成分和添加剂对陶瓷膜制备工艺、形态和性能的影响规律,对当前铝合金微弧氧化技术涉及的常用电解液体系进行了总结,指出合理调配电解液并设计功能各异的陶瓷膜是微弧氧化领域的一个重要研究方向。     

铝合金微弧氧化陶瓷层的磨损特性

研究了微弧氧化陶瓷层粗糙度对磨损特性的影响及在不同溶液添加剂中生成的铝合金微弧氧化陶瓷层的磨损特性,并与镀硬铬及耐磨磷钒铜铸铁的磨损特性进行了对比.试验结果表明:随着微弧氧化陶瓷层粗糙度的增大,其初期磨损量较大,当磨损一定时间后,其磨损失重量接近于零;溶液添加剂对陶瓷层的磨损特性没有明显的影响;微弧氧化陶瓷层的磨损特性明显优于镀硬铬及磷钒铜耐磨铸铁.     

铝合金微弧氧化能耗的研究现状及展望

铝合金微弧氧化技术的高能耗问题大大制约了其应用和发展。综述了微弧氧化技术能耗方面的3类影响因素(电解液和添加剂、电源特性、氧化系统电极结构)的研究现状,重点总结了微弧氧化系统电极结构对能耗的影响,指出降低能耗可使微弧氧化技术得到更广泛的应用。     

铝合金表面微弧氧化制备陶瓷层的最佳工艺优化及耐腐蚀性能研究

以7A52铝合金为对象,进行微弧氧化陶瓷层制备工艺优化及耐腐蚀性能研究.利用响应曲面法设计微弧氧化试验,在硅酸盐电解液体系下,研究电压、频率、石墨烯添加剂浓度对微弧氧化陶瓷层的厚度和孔隙率的影响,采用Quadratic模型进行数据拟合,Criteria进行预测分析,并对预测参数及响应值进行试验验证.经响应曲面分析,当预...     

7075铝合金微弧氧化的工艺优选

对铝合金表面进行微弧氧化能提高其硬度、耐磨性及与基体的结合力,但目前对Al-Zn-Mg系铝合金的微弧氧化研究较少.对7075铝合金进行了微弧氧化处理,研究了阴/阳电流密度、正/负占空比、频率和氧化时间等微弧氧化工艺参数对膜层厚度和显微硬度的影响.采用扫描电镜观察了微弧氧化层的形貌;采用X射线衍射仪分析了微弧氧化膜的相组成;采用测厚仪、硬度仪测试微弧氧化膜层的厚度及硬度;采用极化曲线法分析了微弧氧化膜的耐蚀性;最后分析了优化工艺参数下微弧氧化对7075铝合金力学性能和耐腐蚀性能的影响.结果表明:最佳微孤氧化工艺为阳极电流密度10 A/dm2、阴/阳极电流密度比0.7,正占空比15％,负占空比10％,频率300Hz,氧化时间45 min,此工艺下制备的微弧氧化陶瓷层硬度达1 080 HV1N,膜层厚31.1 μm;微弧氧化对合金力学性能的影响较小,但可以极大地提高合金的硬度和耐蚀性能.     

LY12铝合金微弧氧化陶瓷层的电化学腐蚀行为

为了系统了解微弧氧化电参数对铝合金微弧氧化膜耐蚀性的影响,采用自制的设备以恒流法在硅酸盐系电解液中对LY12铝合金进行微弧氧化处理.研究了频率、占空比、时间等参数对铝合金微弧氧化陶瓷层电化学腐蚀行为的影响.用扫描电镜(SEM)和电化学工作站等手段,分析了不同能量参数制备的陶瓷层的微观结构及耐蚀性.结果表明:随着频率增加...     

铝材微弧氧化功率与表面粗糙度的关系

在实际工业应用中,对不同的产品表面粗糙度有不同的要求,因此,在利用表面处理技术对产品进行表面处理时,其对产品表面粗糙度的影响成为必须考虑的因素.采用微弧氧化技术,以LY12铝合金为试验样品,通过改变不同的微弧氧化功率,制备相应的铝合金陶瓷膜,分别对陶瓷膜进行SEM分析及表面粗糙度测量,得出铝合金陶瓷膜表面粗糙度随微弧氧化功率的变化曲线,研究了氧化功率对铝合金陶瓷膜表面粗糙度的影响.结果表明:微弧氧化功率对铝合金陶瓷膜表面粗糙度的影响非常明显,随着微弧氧化功率的提高,陶瓷膜粗糙度随之增大.并从机理方面进一步做了分析.     

铝合金微弧氧化技术的研究进展

微弧氧化技术是一种直接在有色金属表面原位生长陶瓷膜的新技术,所生成的陶瓷膜与基体的结合力好,具有优良的力学性能.综述了铝合金微弧氧化技术的基本原理以及沉积工艺和基材成分对成膜机理的影响、配方和供电方式对微弧氧化工艺的影响、微弧氧化膜力学和耐蚀性能,并展望了该技术的发展方向.     

LY12铝合金微弧氧化膜在海水中的摩擦学性能

为了提高铝合金在海水中的耐磨性,对LY12铝合金进行微弧氧化,采用扫描电镜、X射线衍射仪观察微弧氧化膜形貌并分析其成分;采用UMT-2型摩擦磨损试验机研究了微弧氧化膜在人造海水中的摩擦学性能。结果表明:LY12铝合金表面的微弧氧化膜由致密内层和疏松外层组成,在人造海水中微弧氧化膜的摩擦系数比LY12铝合金的低,摩擦磨损达到稳定状态后,前者的平均摩擦系数约为后者的1/3,微弧氧化膜能有效提高LY12铝合金在海水中的耐磨性。     

六偏磷酸钠对LD7铝合金微弧氧化陶瓷膜结构及耐腐蚀性能的改善作用

目前未见采用微弧氧化技术提高LD7铝合金耐腐蚀性能的有关报道。在磷酸盐体系电解液中添加一定量的(NaPO3)6,采用微弧氧化(MAO)技术在其表面原位生成陶瓷层。通过扫描电镜、X射线衍射和电化学极化曲线等方法研究了添加(NaPO3)6对微弧氧化陶瓷层组成、结构及耐腐蚀性能的影响。结果表明:添加(NaPO3)6后膜层厚度增加,表面粗糙度降低,膜层更加平滑致密,微孔数量明显减少;膜层主要由α-Al2O3,γ-Al2O3和少量的AlPO4相组成,以α-Al2O3为主;在3.5%NaCl溶液室温电化学行为中,微弧氧化后其自腐蚀电流密度比基体降低了2个数量级,添加(NaPO3)6后引起了阳极过程阻滞并减少Cl-富集,从而抑制了点蚀,使自钝化趋势得到提高,耐腐蚀性能明显增强。     

铝合金微弧氧化电流密度的临界条件研究

为了改进微弧氧化能耗高、处理效率低的问题,以6061变形铝合金为试验材料,2%磷酸盐溶液为导电介质,在25 ℃下,利用MAO200/750微弧氧化设备对微弧氧化的电流密度和起弧时间、起弧电压和试样面积、起弧电压与占空比以及起弧时间与占空比等之间的关系进行了研究.结果表明:本工艺条件下,铝合金微弧氧化的临界电流密度为0.2 A/dm2;起弧电压随试样面积的增加而呈正比增加;起弧时间随着占空比的减小而缩短;占空比越小,起弧电压越高.     

2024铝合金微弧氧化涂层的耐磨性能

为了提高2024铝合金的耐磨性,对其进行微弧氧化。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了涂层的微观组织结构和物相组成;采用高速往复摩擦磨损试验机对2024铝合金微弧氧化涂层在不同载荷下的磨损性能进行了研究,并采用白光三维形貌仪进行磨损形貌分析及磨损体积计算。结果表明:2024铝合金微弧氧化涂层是一种微孔结构,涂层相主要成分为α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3,且Al_2O_3具有高硬度、耐磨损的优良特性,有利于提高铝合金的耐磨损性能;微弧氧化涂层的摩擦系数随着载荷的增加而减小,而磨损量随载荷的增加而增加,磨损机理为磨粒磨损。     

铝合金微弧氧化陶瓷膜性能及其影响因素探讨

微弧氧化是一个复杂的电化学过程,研究多种因素对氧化陶瓷膜层的影响,对良好陶瓷膜层的制备及相关产品的质量改善具有指导作用.为了说明微弧氧化过程中能量的实质作用,引入氧化功率概念,以LY12铝合金为样品,采用脉冲电源,在一定的脉宽、频率条件下,改变微弧氧化时间、微弧氧化功率等参数,获得相应的铝陶瓷膜,通过对相关样品进行膜层厚度、膜层硬度测量,得到一系列数据,研究并找出其变化规律.试验表明:在相同氧化时间及氧化面积下,随着加载功率的增大,微弧氧化陶瓷膜层的厚度、硬度呈增加趋势;在相同的条件下,在一定的时间范围内,随着氧化时间的延长,膜层厚度呈增长趋势;在相同工艺参数情况下,随着工件面积的增大,微弧氧化膜层的厚度呈降低趋势.     

反向占空比对铝合金微弧氧化膜组织结构和耐蚀性能的影响

反向占空比对微弧氧化膜组织结构和性能的影响很大。恒流条件下用不同反向占空比(10%～80%)对7075铝合金进行微弧氧化,研究了反向占空比对膜层厚度、粗糙度、致密层比例、耐蚀性、形貌的影响,并分析了膜层的相结构。结果表明:当反向占空比达到50%时膜层综合性能最佳,膜层最厚(83.4μm),粗糙度2.47μm,致密层比例最大,耐点滴时间最长,盐雾腐蚀1200 h仍未发生腐蚀;微弧氧化膜中有许多不均匀的"火山"喷发状孔洞,主要物相为γ-Al2O3。     

微弧氧化TC4钛合金与金属电偶的腐蚀行为

为了减小钛合金与金属偶合的接触腐蚀,采用微弧氧化技术,在TC4钛合金表面生成了一层主要由Al2TiO5相、锐钛矿TiO2相及金红石TiO2相组成的多孔膜.研究了TC4钛合金微弧氧化前后与45钢、LY12铝合金和紫铜偶合的电偶腐蚀行为.结果表明:3种金属分别与TC4钛合金偶合时,45钢会发生严重的电偶腐蚀,LY12铝合会...     

铍铝合金微弧氧化膜的微观结构、成分及性能

目前国内尚未开展铍铝合金的微弧氧化技术研究。采用微弧氧化技术在粉末冶金铍铝合金材料表面原位生长出一层氧化膜;采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对氧化膜层的结构、形貌和成分组成进行表征分析。结果表明:氧化膜层平滑、致密,表面分布着Be、O、Al等元素。在微弧放电的高温下,氧化膜层的形成是各个反应过程的综合结果。所得氧化膜层的厚度均值为11.221μm,从氧化膜表层到基体方向,O、Si、P元素的含量有明显减少的趋势,而Al元素和Be元素含量的变化趋势则刚好相反。膜层有一定的结合强度、硬度和较小的表面粗糙度,并且能耐114 h的盐雾试验,击穿电压高于1 000 V。     

摩托车轮毂镁合金微弧氧化工艺

微弧氧化技术试验研究多,但大型生产应用较少.为此,以大面积镁合金轮毂为例,探讨了镁合金微弧氧化的实际应用,并对镁合金轮毂微弧氧化的工艺参数进行了优化,对膜层的质量进行检测.结果证明:微孤氧化用于镁合金轮毂表面处理效果较好,对大面积镁合金表面处理有着重要的参考价值.     

镁合金微弧氧化新型电解液配方研究

为优化电解液组分,提高耐蚀性能,利用正交试验法对镁合金微弧氧化电解液配方进行了优化,得出镁合金微弧氧化新型绿色电解液的最佳配方:1.10 mol/L NaOH,0.04 mol/L碱金属硅酸盐,0.50mol/L碱金属含氧酸盐或1.10 mol/L NaOH,0.04 mol/L碱金属硅酸盐,0.30 mol/L碱金属合氧酸盐,并详细分析了电解液中各组分对微弧氧化陶瓷膜腐蚀防护性能的影响.