电解液微弧碳氮化表面改性技术研究进展

电解液微弧碳氮化技术是近年来在微弧氧化技术上发展起来的一种新型的表面处理技术,可应用于包括Al、Ti、Fe、Mg等金属及其合金的表面改性。综述了电解液微弧碳氮化技术的基本原理以及国内外最新的研究进展。主要讨论工艺参数包括电解液组成以及电参数等对膜层质量的影响;分析了不同基体材料上成膜的结构和成分;在此基础上,进一步讨论了膜层硬度、耐磨损以及耐腐蚀性能。最后,对该技术的进一步发展趋势进行了展望。     

电解液参数对铝合金微弧氧化的影响

在氢氧化钠、铝酸钠、磷酸二氢钠体系电解液中用微弧氧化法制备铝氧化膜，并得到了电解液温度、浓度及氧化时间对铝氧化膜成膜的关系曲线。微弧氧化工艺处理后氧化膜的厚度可达80μm以上，显微硬度可达1560HV。用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）分析，观察了氧化膜层相结合和表面形貌。通过耐腐蚀试验可知，由微弧氧化制备的氧化膜有很好的耐腐蚀性。     

铝材挤压模氮化工艺

研究了铝材挤压模盐浴氮化后的渗层组织、渗层深度和渗层硬度。通过分析不同的氮化时间、氮化温度、CNO-浓度、熔盐的清洁度及通气情况等对氮化质量的影响，得出最佳氮化工艺：保持熔盐、模具清洁，通入一定量氧气，氮化温度为570℃，保温时间为3h，CNO^-的浓度为38％。     

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。     

电解液和电参数对钛合金微弧氧化的影响

结合实验研究,系统介绍了钛合金微弧氧化过程中电解液、电参数的选择,以及其对微弧氧化陶瓷层的结构和性能的影响,并指出利用微弧氧化技术可以在TC4合金表面制备出结构陶瓷层和功能陶瓷层,在航空航天等领域有广阔的应用前景.     

纯钛微弧氧化膜制备工艺的优化

优化了纯钛微弧氧化膜的制备工艺。将用优化后工艺制备的微弧氧化膜进行碱化处理,然后置于模拟体液(SBF)中培养,以观察其生物活性的优劣。采用正交设计法优化了实验方案,用综合评分法分析了氧化膜的孔隙率、孔密度和孔直径,确定最佳工艺条件为:正向电压400 V,占空比60%,频率550 Hz,氧化时间25 min。对在最佳工艺条件下制备的膜层进行了XRD、SEM和EDS测试,结果表明:优化工艺后生长的膜层由锐钛矿型的TiO2组成,陶瓷层表面分布大量微孔,孔隙率为0.70×108,孔密度为12%,孔径约为3μm。经碱化处理的膜层置于模拟体液中培养14 d后,膜层表面被生长出的类骨磷灰石完全覆盖,证明其具有良好的生物活性,且生长出的缺钙型磷灰石与人体自然骨成分相似。但是,随着培养时间的延长磷灰石层发生溶解。     

电解液对铝微弧氧化膜相结构及性能的影响

在Na2SiO3和NaAlO2两种电解液体系中用微孤氧化法制得铝氧化膜.采用扫描电镜、X射线衍射和电化学分析等对铝氧化陶瓷膜的表面形貌、相结构及耐蚀性进行了分析研究,结果表明:两种体系下生成的氧化膜均由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成,Na2SiO3体系下形成的氧化膜中α-Al2O3相的含量更多;陶瓷膜表面有大量的类似火山口的等离子放电产物和明显的放电通道,Na2SiO3电解液中形成的氧化膜放电通道闭合得较好;由恒电位极化可以看出微弧氧化陶瓷膜具有良好的耐蚀性,Na2SiO3体系下生成的氧化膜耐腐蚀性能更好一些.     

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。     

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.     

TA2工业纯Ti微弧氧化陶瓷膜生长规律及电容效应

对TA2工业纯Ti微弧氧化陶瓷膜的生长规律进行了实验研究,分析了陶瓷膜表面形貌、厚度、相结构等不同生长阶段的实验现象及结果。模拟微弧氧化工艺反应过程,运用多种理论建立并分析了氧化陶瓷膜生长模型及等效电路。模型及电路分析结果证明,陶瓷膜在形成时呈现先离散分布后连接成片的生长特点,成膜后TiO2陶瓷膜具有交流耦合电容效应。模型及等效电路分析与实验结果是吻合的,为改善TA2工业纯Ti微弧氧化工艺并提高陶瓷膜性能提供了实验与理论基础。     

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．     

电解液对微弧氧化陶瓷膜结构与耐蚀性的影响

在3种不同的电解液体系中,利用微弧氧化技术在AZ91D镁合金表面原位生长了陶瓷膜．通过扫描电镜、X射线衍射、电化学分析等方法研究了陶瓷膜的形貌特征、相结构及耐府蚀性能．研究表明,在相同反应条件下,不同电解液体系中生成的陶瓷膜结构和性能不同,硅酸钠体系中生成的陶瓷膜厚度大、偏铝酸钠体系中生成的陶瓷膜较薄,偏铝酸钠与硅酸钠的混合体系中生成的陶瓷膜致密、耐腐蚀性能较好．三体系中生成的陶瓷膜中都含有MgO,偏铝酸钠体系陶瓷膜中含有MgAl2O4、硅酸钠体系中含有Mg2SiO4,混合体系中则这两种物质都存在．     

电解液组成对AZ91D镁合金微弧氧化的影响

在含有NaAlO2、KF的电解质溶液中,采用恒电流方式对AZ91D镁合金进行微弧氧化获得陶瓷膜.研究了电解液组分及浓度对陶瓷氧化膜厚度及表面形貌的影响,同时,采用动电位极化曲线及电化学交流阻抗评价了陶瓷氧化膜的耐蚀性.研究发现:NaAlO2单独存在时即可产生火花放电现象,但得到的氧化膜较薄;氟化钾的加入可以显著增加氧化膜厚度,膜厚的增长速度与氟化钾的加入量呈线性关系.SEM表面形貌分析表明:电解质浓度较低时产生的氧化膜宏观上较粗糙、微观上颗粒结合紧密;高浓度时得到的氧化膜宏观上细致光滑,微观上存在明显的孔洞和放电隧道,呈熔融状态结合在一起.动电位极化曲线及电化学交流阻抗的测试一致表明,经微弧氧化处理后的镁合金耐蚀性显著提高.     

LY12铝合金在Na2SiO3电解液中微弧氧化着色处理研究

在Na2SiO3溶液中加入以K4[Fe(CN)6]为主的添加剂,获得了不同色度的微弧氧化膜层.研究了电解液浓度的变化,氧化时间的长短对膜层色度的影响.结果表明:随着Na2SiO3溶液浓度和K4[Fe(CN)6]浓度的增大以及处理时间的增加,微弧氧化膜层增厚,颜色变深,生成不同色泽的膜层;随着电压的升高,膜层厚度增加,膜层的色泽均匀度随之提高,但电压过高,膜层将变得粗糙,甚至容易脱落.     

锆合金在焦磷酸钠电解液中的微弧氧化

目前锆合金表面处理存在周期长、装置复杂,得到的膜层质量不理想的问题,为此,开发了以焦磷酸钠为主要成分的电解液,研究了锆合金Zircaloy-4的直流微弧氧化(MAO)行为.采用扫描电镜和XRD对膜层的微观结构和相组成进行了分析.结果表明:微弧氧化膜层的生长符合线性规律,生长速度可达2.1μm/min;膜层的主要相组成为...     

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.     

草酸溶液中乙二醇含量对纯铝材阳极氧化膜绝缘性能的影响

目前,对乙二醇是否能改变阳极氧化膜的绝缘性能尚无报道。将乙二醇(EG)加入草酸溶液中对纯铝材阳极氧化,利用现代表面分析技术研究了乙二醇含量对阳极氧化膜相组成、厚度及绝缘性能的影响。结果表明:加入EG之后,氧化膜表面的平整性明显提升,孔洞数量显著降低;氧化膜的孔隙率随EG含量的增大表现为先降低后上升的变化规律;随EG含量的增大氧化膜厚度表现为先增加后减小,而阻挡层的厚度则呈逐渐上升的趋势;随EG含量的上升氧化膜的击穿场强和绝缘性能都表现为先增大后降低;改善氧化膜阻挡层的致密度可以提高氧化膜的绝缘电阻率与击穿场强。     

钛合金表面微弧氧化技术研究进展及影响因素

介绍了钛合金微弧氧化技术的研究进展及应用;分析了微弧氧化技术的影响因素,电解液的种类和浓度、电参数,氧化时间都会对氧化膜层的质量产生显著影响;并展望了微弧氧化技术的发展前景。     

铝合金微弧氧化工艺的研究进展

铝合金微弧氧化技术是一种直接在铝及其铝合金材料表面原位生成以氧化铝为主要成分的硬质陶瓷膜层的方法,能显著提高基体材料硬度和耐腐蚀性,弥补基体材料自身的不足。综述了近期国内外关于铝合金微弧氧化技术的研究现状,概括总结了微弧氧化工艺的主要影响因素,并展望了其今后的发展趋势。     

纯钛微弧氧化阳极工艺过程模型的建立及实验研究

对纯钛微弧氧化陶瓷膜在工艺过程中的生长规律进行了实验研究,分析了陶瓷层表面形貌、厚度、相结构等不同生长阶段的特点。基于微弧氧化工艺过程阳极等效电路,建立了电极电压、电流密度、频率、占空比、时间等工艺参数对陶瓷膜性能影响的理论模型。模型分析结果表明:在陶瓷层成膜后,随着膜层厚度的增加,金红石相TiO2相对含量增加;膜层厚度不变时,工艺过程趋于停止。模型分析与实验结果是吻合的,为提高陶瓷膜层性能并改善微弧氧化工艺提供了理论基础。