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.     

氧化石墨烯对铝合金微弧氧化膜层力学和摩擦学性能的影响

为了提高铝合金的耐磨性,在六偏磷酸盐复合电解液中加入不同浓度氧化石墨烯(GO)对铝合金进行微弧氧化(MAO),利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、膜层测厚仪和显微硬度计分析GO对微弧氧化膜层的微观形貌、相组成、元素分布、厚度和显微硬度的影响,重点研究了不同GO浓度下的铝合金微弧氧化膜层的摩擦磨损性能。结果表明：电解液中添加GO纳米颗粒对微弧氧化膜层有显著的影响。Al₂O₃/GO膜层生长速率随GO含量增加而上升,其主要成分是α-Al₂O₃和γ-Al₂O₃。随着GO浓度的增加,微弧氧化膜层的显微硬度相较于纯2A12铝合金明显提高。由于电解氧化过程中C元素掺入膜层界面,Al₂O₃/GO膜层的表面变得致密且光滑,摩擦系数明显下降且耐磨性提高。该方法为强化铝合金表面耐磨提供了新思路,对拓展铝合金的应用具有重要意义。     

电流密度对铸造铝合金微弧氧化膜微观结构及性能的影响

为了进一步提高高铁接触网铸造铝合金的硬度、耐磨性及耐腐蚀性,在硅酸盐体系中以不同的电流密度对ZL101铸造铝合金进行微弧氧化。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学测量系统、摩擦磨损试验等研究了微弧氧化膜的微观结构与性能。结果表明:电流密度对微弧氧化膜层的结构与性能有着较大的影响,在最佳范围30~35 A/dm~2内,随着电流密度的增加,膜的硬度提高,耐蚀性与耐磨性也不断提高;电流密度过小时,膜层太薄,耐蚀性差,耐磨性与硬度小;电流密度过大时,膜层表面粗糙且会出现较多微裂纹而影响涂层性能。     

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.     

铝合金微弧电泳复合膜层的工艺制备

采用微弧氧化的方法先在铝合金表面制备一层致密多孔的陶瓷层,然后再通过电泳处理在铝合金表面制备出微弧电泳复合膜层.采用扫描电镜对复合膜层的表面形貌和截面线进行扫描分析,通过电化学分析和划格法测结合力试验对微弧电泳膜层性能进行了检测分析,并进一步探讨了不同的微弧氧化参数对后续电泳成膜的影响.结果表明,微弧电泳复合膜层的耐碱性及与基体间结合力均优于传统电泳膜层,且微弧氧化膜层的厚度影响后续电泳能否成膜,氧化层的致密性影响后续电泳膜层的光洁度.     

电解液对ZL101铝合金微弧氧化膜层性能的影响

为了提高铸铝合金的使用寿命,在接触网ZL101A铸铝合金件上制备了微弧氧化膜层,并采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、摩擦磨损试验、电化学试验等,研究了不同电解液对微弧氧化膜层性能的影响。结果表明:电解液为硅酸盐时,膜层有较好的耐磨性和耐腐蚀性。     

微弧氧化陶瓷膜层的性能及其应用

采用脉冲电源,对发动机活塞用铝合金（ＺＬ１０８）基体进行了微弧氧化处理,测定了陶瓷氧化物膜的表面粗糙度和膜层硬度,研究了电流密度和强化时间对陶瓷膜的硬度和耐磨性的影响,分析了影响表面粗糙度的因素,实验结果表明,随着电流密度和强化时间增加,膜层的表面度增大,而膜层硬度则在电流密度超过８Ａ／dm^2后趋于稳定,基机 归固于陶瓷氧化膜在强电流密度下烧结,实验条件下对磨损结果表明,铝合金活塞的耐磨性,经微弧氧化后提高３－４倍。     

SiC添加量对建筑用7075铝合金表面微弧氧化膜性能的影响

为了分析微弧氧化膜层组织性能与SiC微粉含量之间的关系,实验测试研究SiC添加量对用7075铝合金表面微弧氧化膜性能的影响。研究结果表明:当氧化时间延长,电压先迅速升高,后趋于稳定;当加入更高含量的SiC颗粒会引起电阻的增大,电压的升高,促进微弧氧化膜更快生长;当SiC加入量提高后,形成了更大的放电孔尺寸,膜层的粗糙度也显著提高;在膜层表面存在大量的烧结块,在后续膜层冷却过程中还会生成许多放电微孔。随着SiC微粉加入量由逐渐提高到4 g/L时,形成了更厚的膜层。通过分析不同氧化电压与膜层的厚度可知,加入SiC微粉能够更快实现成膜反应。发生微弧放电时,SiC颗粒已经可以发生氧化反应,引起膜层硬度的明显增大。     

添加剂对TiAl合金微弧氧化膜耐磨性的影响

研究了硅酸盐溶液中柠檬酸钠、钨酸钠、石墨等添加剂对陶瓷层形成过程和微弧氧化层摩擦磨损性能的影响.实验结果表明,柠檬酸钠能降低氧化过程的起弧电压,减缓反应速度,使微弧氧化膜更加致密;加入石墨能降低膜层的摩擦系数,起到润滑作用;随着电解液中钨酸钠含量的增加,氧化膜的耐磨性提高.     

电压加载方式对镁合金微弧氧化过程及膜层性能的影响

电压加载方式会影响微弧氧化过程及膜层性能。利用自制的具有多种输出脉冲形式的电源,在不同的电压增量下加载对AZ91D镁合金微弧氧化,研究了加载方式对微弧氧化过程及膜层性能的影响。结果表明:随着电压增量的增加,成膜速率增大,膜层粗糙度变大,表面的孔径增大、孔隙率增加;膜层的最终厚度主要取决于终止电压,而终止电压相同时,电压增量越大,平均耗能越小;微弧氧化的不同阶段应采用不同的电压增量,开始阶段将其恒定为10 V/min,当电压达到350 V后改增量为5 V/min直至终止电压,这种加载方式制膜时的成膜效率、能耗及膜层耐蚀性、表面性能等综合结果较好。     

铝合金A356微弧氧化电解液配方的优化

利用扫描电镜（SEM）、表面粗糙度测量仪等分析手段,研究了铝合金A356微弧氧化电解液配方对膜层性能的影响规律,优化了电解液配方：主电解质NaOH的质量浓度为4g／L及Na2SiO3的质量浓度为14g／L,添加剂KF的质量浓度为6g／L。KF对膜层性能有很大的改善,随着KF的加入,耐蚀时间从28．7min增大至36min,粗糙度从0．9μm减少到0．55μm。     

基于CMT技术的铝合金电弧增材制造研究现状

由于铝合金的应用领域较为广泛,使其增材制造技术成为了研究热点。CMT技术作为一种新型焊接工艺,焊接过程中弧长控制较为精确,其热输入量小、飞溅少等工艺特点非常适合铝合金等低熔点金属的增材制造,因此,铝合金CMT增材制造技术成为了近年来国内外各研究机构的研究热点。从控形控性的角度分析了国内外相关研究机构的研究方向,重点综述了焊接速度、送丝速度、CMT工艺等工艺参数和热处理对成形件形貌及性能的影响,同时概述了铝合金CMT电弧增材制造中尺寸控制、组织性能、气孔缺陷等方向的研究工作。借此指出,基于CMT技术的铝合金电弧增材制造技术的相关研究工作仍主要聚焦于试验研究阶段,并未深入到成形机理的探究。该领域的研究工作应更深入、系统地从成形尺寸精度控制、控制气孔缺陷、组织演变规律及性能优化等角度展开,力求加速推进该技术在现代制造业的应用。     

铝合金增材制造技术研究进展

铝合金广泛的应用市场和增材制造快速成形的优势,使铝合金的增材制造技术成为研究的热点之一。从铝合金增材制造技术的角度出发,总结了国内外铝合金增材制造所使用的不同工艺方法,比较了各种方法的研究现状和最新成果,并且重点总结了铝合金增材制造的成形控制问题,对铝合金增材制造技术未来的研究热点和发展方向提出了预测。     

镁合金微弧氧化着色膜研究

镁合金在电子工业中的快速发展对装饰性能提出了更高的要求.主要研究了如何在微弧氧化的同时进行氧化着色.膜层制备选取的基材为AZ91,电解溶液由硅酸盐为主的碱性溶液组成,配方为:Na2SiO3 5～30g/L,KMnO4 1～20g/L,NaOH 1～5g/L,KF 5～8g/L,Na3 C6H5O70.5～2g/L,EDTA 0.5～2g/L.在电解液中添加着色盐KMnO4,形成了颜色各异的黄色陶瓷膜层.研究发现,膜层呈现出黄色主要是由于在膜层中生成了Mg6MnO8相,该物相在氧化膜中含量不同和分布差异将导致样品颜色深浅不同.     

铝合金表面化学转化技术的研究进展

随着环保要求的不断提高,传统的含铬化学转化膜已不能满足工业生产的要求,开发新型无铬环保的铝合金转化处理技术,已成为研究热点。研究表明,以新型无机盐和稀土为成膜物质的化学转化膜具有优良的表面防护能力。综述了当前新型化学转化技术的研究现状,介绍了无机和稀土转化膜的研究进展,分析了转化膜的性能特点,指出了当前化学转化处理技术存在的问题,展望了化学转化技术的发展趋势,明确了无机盐及稀土的用量对转化膜性能的影响、转化液中辅助物质对转化膜的影响是今后研究的方向。     

电解液组分浓度对ZK60镁合金微弧氧化膜的影响

采用酸性电解液微弧氧化,对环境有污染.为此,采用环保型的Na2SiO3-NaOH碱性电解液体系对ZK60镁合金进行了微弧氧化,研究了电解液组分浓度对微弧氧化膜耐腐蚀性的影响.结果表明:电解液中NaOH浓度越低,微弧氧化膜层的耐蚀性越好,粗糙度越小,成膜越均匀;随着Na2SiO3浓度增加,微弧氧化膜厚度增加,腐蚀电流变小,耐蚀性提高.     

电弧熔丝增材制造铝合金研究进展EI北大核心CSCD

电弧增材制造因其独特的无模壳快速近净成形特点而备受关注,有望成为突破铝合金材料研发与工业应用瓶颈的先进制造技术。电弧增材技术在传统电弧焊接的基础上发展而来,二者均以高能电弧为热源、以金属丝材为原材料进行成形。本文综合分析了电弧增材制造工艺与设备研发现状、凝固与固态相变特性、显微组织特点、冶金缺陷概况以及力学性能特点,论述了热丝及多丝增材制造技术前景和电弧增材制造独特的成形方式与相变显微组织特征。针对电弧增材制造铝合金制造精度及稳定性较差、气孔及热裂缺陷严重、材料力学性能优势不突出的问题,提出了电弧增材制造专用设备开发、熔丝累加快速凝固冶金缺陷控制专用方法研发、专用材料成分及显微组织设计、专用热处理工艺制定等发展方向,为加快电弧增材制造铝合金高端化、定制化、专属化发展提供重要参考。     

工艺条件对镁合金微弧氧化的影响

在含有Na2SiO3、NaF、甘油及KOH的电解液中以恒电流方式对AZ31B镁合金进行微弧氧化处理，研究了电解液组分、浓度、电流密度及氧化处理时间等对微弧氧化过程及膜层性能的影响．研究表明：随着电解质浓度的增加，起火时间、起火电压基本呈下降趋势，氧化膜厚度呈增长趋势；过量的NaF会抑制放电；甘油的存在可稳定电解液，抑制尖端放电，使膜层的厚度降低；电流密度的增加可以降低起火时间，增加氧化膜的厚度，对放电电压没有明显影响；随着氧化处理时间的延长，氧化膜的厚度不断增长．     

硅靶中频反应磁控溅射二氧化硅薄膜的特性研究

报道了中频双靶反应磁控溅射制备二氧化硅（SiO2)薄膜的装置、工艺及薄膜特性。对制备的SiO2薄膜的化学配比和元素化学态进行了SAM和XPS分析，测试了膜层对钠离子（Na^ )阻挡性能、光学折射率和可见光的透过率。研究表明作者开发的中频双靶反应磁控溅射沉积SiO2薄膜的设备和工艺可以高速率、大面积制备高质量的SiO2膜。     

软封装锂电池铝塑膜成形性能研究进展

目的 综述铝塑膜成形性能的影响因素和研究现状,为锂电池铝塑膜领域的科研,以及工程技术人员进行深入研究,提升产品性能提供参考。方法 首先介绍铝塑膜多层复合材料的结构、各层的作用,接着讨论冲压模具、冲压工艺以及基层材料的选择对铝塑膜成形性能的影响,并详细综述铝箔基层合金成分、微观组织和晶粒尺寸对铝箔性能的影响。结论 为了加快锂电池铝塑膜的国产化进程,未来需要加强铝塑膜对电解液耐久性的研究,同时进一步提升铝箔的成形性能,加强铝箔界面性质对铝塑复合性能和铝塑膜耐久性影响机理的研究,为增强下游用户对国产铝塑膜的信心提供理论支持。