铝合金磷酸盐体系微弧氧化技术研究进展

铝合金具有密度低、强度高、塑性好等优点,在航空航天、机械电子、车辆船舶等领域有着广泛的应用前景,但铝合金表面硬度低、耐蚀性较差,这限制了其更广泛的应用。采用磷酸盐电解液体系对铝合金表面进行微弧氧化处理生成氧化膜层,能够有效提高铝合金表面硬度、耐蚀性等性能,是近年来热门的表面处理技术。本文概述铝合金微弧氧化研究历程以及微弧氧化的机制,总结六偏磷酸钠、磷酸二氢钠等单一磷酸盐及其复合体系下铝合金微弧氧化在表面形貌、相组成、硬度厚度、耐蚀性方面的特点,指出目前磷酸盐体系下铝合金微弧氧化中存在一些问题,如因各牌号铝合金中Si、Zn、Mn等元素含量不同而导致的电解液作用机理不同、大型铝合金件局部区域微弧氧化处理困难从而导致处理后得到的微弧氧化膜层不均匀、铝合金微弧氧化膜层在一定厚度范围内会降低基体膜层的抗疲劳性等。今后的研究还需要在磷酸盐电解液体系中各组分的作用、电解液与基体铝合金作用的机理、基体铝合金各元素对微弧氧化过程的影响等方面继续探索。     

MgO和SiO_2对2Al2铝合金微弧氧化膜耐磨性能的影响

采用微弧氧化技术,对2Al2铝合金表面进行处理。在KOH和Na2SiO3电解液中分别添加MgO和SiO2粉末,使铝合金表面生成复合陶瓷膜,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析膜层的微观形貌和物相组成并对膜层进行耐磨性能分析。结果表明,添加MgO粉末生成的陶瓷层在微弧氧化过程中与Al2O3发生反应生成铝镁尖晶石,使陶瓷膜变得光滑,而添加的SiO2粉末附着在缺陷和微孔周围,两种粉末的添加增加了微弧氧化陶瓷膜的耐磨性能。     

SiC纳米颗粒对6060型铝合金微弧氧化膜组织结构及耐蚀性能的影响

为提高铝合金表面微弧氧化膜的耐蚀性,通过向电解液中添加SiC纳米颗粒的方式,成功获得了含有SiC纳米颗粒的复合微弧氧化膜层。采用D-MAXIIA型X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和金相定量分析光学显微镜分别对陶瓷膜的相组成、微观组织结构及膜层厚度进行了检测分析;采用AutoLAB-PGSTAT302型电化学工作站对制备的微弧氧化膜进行极化曲线和交流阻抗谱的测定。结果表明:SiC颗粒在复合微弧氧化膜层中的含量随着氧化时间的增加而逐渐增加;添加SiC纳米颗粒后微弧氧化膜的厚度没有明显变化;与未添加SiC纳米颗粒的微弧氧化膜层相比,其耐蚀性明显提高。     

表面预制微槽对铸铝合金微弧氧化陶瓷膜结构和性能的影响

为了探索表面预制微槽对铸铝合金微弧氧化陶瓷膜微观结构及性能的影响,在ZL108铝合金表面制备微弧氧化膜层,采用扫描电镜、X射线衍射仪、数字显微硬度计、多功能表面性能测试仪、电化学工作站等对膜层形貌及性能进行测试。结果表明:相比光滑试样形成的氧化膜层,微槽试样表面形成的膜层较厚、结合力较大,但由于微槽位置放电集中,能量过高,导致膜层多孔疏松,使硬度和耐蚀性降低;虽然表面微槽使得膜层质量略有下降,但其能提高微弧氧化放电能量,增加成膜速率。     

Ti基体上形成微弧氧化膜组成和结构的研究

在甘油磷酸钙和醋酸钙电解液中采用直流电源对纯Ti进行了微弧氧化。采用微弧氧化方法所制备的氧化膜具有粗糙多孔的结构,且微孔直径随着电压的增加而增大。AES分析表明在基体与氧化膜界面发生了扩散,从基体钛到氧化膜的表面氧的浓度逐渐增大,钛的浓度逐渐减小。XPS分析表明氧化膜的组成随着所施加的微弧氧化电压而改变,微弧氧化电压为200V时TiO2、Ti2O3和TiO占Ti的原子百分比分别为72．61％、22．08％和5.31％;当微弧氧化电压为350V时氧化膜表面Ti元素只由TiO2、Ti2O3组成,且占Ti的原子百分比分别为85．48％、14．52％。     

偏铝酸盐溶液纯铝阳极微弧氧化膜的影响因素

利用阳极微弧氧化技术在纯铝表面制备了陶瓷膜,研究了偏铝酸盐体系下,影响氧化陶瓷层生长的因素,并分析了电解液浓度、氧化电压、电流密度及氧化时间对阳极微弧氧化陶瓷层生长的影响.得到了电解液浓度、电压、电流密度及氧化时间对氧化膜成膜的关系曲线.利用SEM分析了铝合金阳极微弧氧化陶瓷层的表面微观形貌.实验结果表明:陶瓷层表面宏观粗糙度及膜层表面微观形貌受电参数和氧化时间的影响较大.最佳的工艺参数为:电解液浓度为30g/L、电压350V、电流密度1.5A/cm2、氧化时间控制在25min以内.     

铝合金微弧氧化工艺的研究

微弧氧化是在阳极氧化工艺的基础上发展起来的一种表面改性新技术,它利用微弧区放电在金属表面生成陶瓷状氧化膜,大幅度提高铝合金的表面性能。以2g/L的NaOH,8g/L的Na2SiO3为电解液对铝合金进行微弧氧化,采用扫描电镜观察金相形貌、仪器测量陶瓷状氧化膜的厚度及粗糙度,优化出最佳制备工艺.     

β钛合金微弧氧化膜制备及其在人体模拟液中腐蚀性能研究

采用微弧氧化技术在TiNbZrFe合金表面制备出含钙磷成分的多孔氧化膜,通过人体模拟液浸泡的方法诱导生成羟基磷灰石,并利用电化学阻抗谱（EIS）研究其在人体模拟液中浸泡不同时间后的耐腐蚀性能．结果表明,经400V电压微弧氧化后TiNbZrFe合金表面氧化膜的形貌与成分达到最优化,且明显有α-Ca3（PO4）2 相生成;α-Ca3（PO4）2 相能够起到良好的诱导生成羟基磷灰石（HA）的作用,在人体模拟液中浸泡1d后,通过XRD检测出有HA相生成,导致微弧氧化膜层表面的微孔被诱导生成物覆盖填充明显,较小微孔完全消失;随着浸泡时间的延长,经过微弧氧化膜诱导生成的HA涂层不断增厚,EIS结果表明其具有良好的隔绝渗透作用,能够阻碍腐蚀性介质在溶液和金属界面之间扩散和迁移,从而起到保护基体抗腐蚀的作用．     

铝合金微弧氧化生成陶瓷膜的研究

微弧氧化又称阳极火化沉积技术或等离子体增强电化学陶瓷化技术。该技术生成的膜与基体金属结合牢固,厚度可达230μm,绝缘电阻大于100MΩ,硬度达2500HV,大大改善了轻金属的耐磨性、耐蚀性和耐热冲击性,工件尺寸变化小。本文研究在铝合金表面微弧氧化制备陶瓷化氧化膜,以期改善铝合金的耐磨特性。讨论了影响制备陶瓷弧氧化膜的主要因素。     

Al-Si合金Al2O3-ZrO2微弧氧化涂层生长机理研究

为了解决Al2O3微弧氧化层不能满足Al-Si合金使用要求的问题,采用微弧氧化法在Al-Si合金表面制备了Al2O3-ZrO2复合膜层,通过SEM、XRD分析测试手段研究膜层的微观表面形貌、组织结构和相组成.结果显示:微弧氧化初期,陶瓷层生长速率较快且反应速率稳定,反应后期陶瓷层生长速率减缓;陶瓷层微观表面形貌比较均匀,有部分放电微孔和裂纹;陶瓷层与金属基体呈犬牙状交错结合;陶瓷层的主要相组成是t-ZrO2、α?Al2O3、m-ZrO2、γ?Al2O3,其中t-ZrO2为膜层主晶相.并根据实验结果研究了微弧氧化涂层的生长机理.     

微弧氧化过程中不同阶段超声波作用对陶瓷层的影响

研究发现在微弧氧化过程中引入超声波作用能够提高陶瓷层生长速率和质量。本文通过在微弧氧化过程的不同阶段引入超声波作用,将超声波引入时间细化,来研究超声波对不同时期微弧氧化的作用。利用XRD、SEM以及电化学分析等方法对陶瓷层断面形貌、元素含量分布、相组成、表面形貌和耐蚀性进行了分析,结果表明超声波对微弧氧化各阶段都有影响。超声波的引入促进陶瓷层厚度的增加,尤其是在后期引入超声波,厚度增加最大;前期引入超声波,陶瓷层内γ-A12O3含量增加,Si、P元素含量最高,陶瓷层质量最好,耐蚀性能也最好;后期引入超声波陶瓷层内α-A12O2相含量最高。     

电流对钛合金微弧氧化合成生物陶瓷膜的影响

提出了一种直接合成羟基磷灰石的方法,采用微弧氧化技术,在钛基体表面生长出一层致密的、结合良好的羟基磷灰石生物陶瓷膜,考察了微弧氧化电流对生成陶瓷膜的影响。并借助XRD、SEM等测试手段,研究了该生物陶瓷膜的物相组成和表面形貌特征。研究结果表明该生物陶瓷膜是具有双层结构的物相羟基磷灰石/二氧化钛(HAP/TiO_2)。     

电参数对TC4钛合金微弧氧化陶瓷膜的影响

以恒压模式在Na2CO3-Na2SiO3的电解液中对TC4钛合金进行微弧氧化,研究微弧氧化电参数:正向电压、脉宽、脉间对陶瓷膜表面形貌、厚度、粗糙度的影响。结果表明:电压恒定时增加脉宽和脉间有利于提高陶瓷膜的致密性;降低正向电压,降低脉宽,增加脉间有利于得到较薄的钛合金微弧氧化陶瓷膜;降低正向电压,降低脉宽,增加脉间有利于钛合金微弧氧化陶瓷膜的粗糙度减小.     

工艺参数对LY12铝合金复合涂层的影响

以恒压模式在NaOH-Na2SiO3电解液中对LY12铝合金进行微弧氧化实验,然后用强流脉冲电子束轰击,采用扫描电镜、XRD、涂层测厚仪等检测手段,研究电参数对复合涂层的影响.结果表明：电压越高,氧化时间越长,微弧氧化膜越厚;电子柬复合处理后,涂层变得平整、致密,新相α-Al2O3峰值变高,耐摩擦磨损性能增加.     

氧化时间对钛合金微弧氧化膜层的影响

为增强钛合金的生物活性,选用磷酸盐为电解液的主配方,对钛合金进行微弧氧化表面处理,研究氧化时间对微弧氧化膜层的影响,其中包括氧化过程中电解液中钛离子浓度的变化,并借助XRD,SEM等手段对膜层进行物相及表面形貌的分析。结果表明:在微弧氧化过程中,钛合金基体中的钛离子溶解到电解液中;随着氧化时间的增加,电解液中的钛离子浓度也随之增加,氧化膜层为金红石和锐钛矿的混合晶相;但随着氧化时间的增加,氧化膜层中的金红石型晶相逐渐减少直至消失,表面形貌出现孔径不均匀,粗糙度变大等现象。     

Al-Si合金Al2O3-ZrO2微弧氧化层生长及性能测试

针对单一Al2O3微弧氧化层不能满足基体Al-Si合金使用要求的问题,采用微弧氧化法在Al-Si合金表面制备了Al2O3-ZrO2复合陶瓷层,研究了涂层的组成、结构及生长过程;测试了涂层的隔热温度.研究结果表明：在Al-Si合金试样表面微弧氧化30 min后,涂层的表面形成＂火山喷射状＂组织形貌,截面由疏松层、致密层、过渡层组成;涂层由-αAl2O3,γ-Al2O3,m-ZrO2和t-ZrO2组成,t-ZrO2为涂层的主晶相,膜层的生长分为匀速生长阶段和缓慢生长阶段;膜层隔热温度可达30℃.