AZ91D镁合金微弧氧化膜的制备工艺研究

在NaAlO_2电解液体系中,采用自制微弧氧化成套设备对AZ91D镁合金进行微弧氧化。采用5因素4水平正交设计试验法,以膜层厚度和耐蚀性为指标,综合考察了各因素对膜层结构和性能的影响,确定最佳工艺条件为20g/L NaAlO_2,7g/L Na_2B_4O_7,频率500Hz,正占空比20%,氧化时间30min。对该工艺下制备的微弧氧化膜层进行SEM、XRD分析,膜层含有较多的NaAlO_2、MgO和Al_2O_3晶体相;相对基体而言,微弧氧化膜层耐蚀性提高2~3个数量级。动电位极化曲线及电化学交流阻抗测试进一步表明,AZ91D镁合金微弧氧化后,其耐蚀性明显提高。     

TC4钛合金微弧氧化-SiC复合膜的膜层结构及摩擦磨损行为

目的通过微弧氧化共沉积工艺,获得摩擦磨损性能优良的微弧氧化-SiC复合膜。方法在硅酸钠-六偏磷酸钠-钨酸钠-多聚磷酸钠体系的微弧氧化电解液中加入2.0 g/L SiC微粒,以直流脉冲模式制备TC4钛合金微弧氧化-SiC复合膜。利用KH-7700型三维视频显微镜、XRD、SEM,对复合膜的表面、截面微观形貌和结构进行了观察分析,采用CFT-1型显微磨损试验仪检测了其在室温干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果 SiC复合膜层中的微孔数量明显少于不含SiC相的氧化膜层,复合膜表面分布着SiC相、金红石、锐钛矿TiO_2相、Al2Ti O5相以及非晶态的P、Si、W化合物。在干摩擦磨损条件下,微弧氧化-SiC复合膜的摩擦系数为0.26,比磨损率为0.72×10~(-6) mm~3/(N·m),微弧氧化-SiC复合膜只发生轻微的粘着磨损和磨粒磨损。结论得到了摩擦磨损性能优良的复合膜,复合膜中的SiC新相改变了氧化膜的表面形貌,降低了复合膜的摩擦系数和磨损率。     

电解液体系对AZ91D镁合金微弧氧化膜层的影响

利用微弧氧化技术,分别在不同电解液体系(Na_2SiO_3、NaAlO_2、Na_3PO_4)中制备AZ91D镁合金表面微弧氧化陶瓷层。采用SEM分析了微弧氧化陶瓷层表面的微观形貌、孔隙率。利用CHI650D电化学工作站,在3.5%NaCl溶液中测试了微弧氧化陶瓷层的耐腐蚀性能。结果表明,NaAlO_2体系微弧氧化膜表面微孔分布均匀,孔隙尺寸较小,约1～2μm;陶瓷膜厚度随氧化时间增加而线性增长,孔隙率则先增加后减小。NaAlO_2陶瓷膜的孔隙率仅为10.9%,膜层厚度可达30μm。NaAlO_2体系膜层腐蚀电位(-1.32 V)相对较高,自腐蚀电流密度(2.14×10~(-8)A·cm~(-2))较基体减小3个数量级,耐蚀性最好。     

纳米Cr_2O_3微粒对2024-T4铝合金微弧氧化膜结构及耐磨性能的影响

在含有不同浓度纳米Cr_2O_3微粒的硅酸盐体系电解液中对2024-T4铝合金进行微弧氧化处理,使用SEM观察陶瓷膜的表面形貌、截面形貌、磨痕形貌。使用EDS能谱仪分析膜层中各主要成分沿截面方向的分布,使用XRD分析陶瓷膜的相结构,使用纳米压痕硬度计测量陶瓷膜的硬度,使用粗糙度仪测量陶瓷膜的表面粗糙度,使用摩擦磨损试验机测量陶瓷膜的摩擦系数,使用激光共聚焦显微镜测量磨痕体积,评估磨损率。结果表明:在电解液中加入纳米Cr_2O_3微粒后,制备的陶瓷膜中出现了Cr_2O_3相,电解液中纳米Cr_2O_3微粒浓度达到2.4 g/L时,陶瓷膜的硬度最高,摩擦系数最小,磨损率最低,耐磨性最好。     

Cr_2O_3微粒对Ti6Al4V微弧氧化膜结构及磨损行为的影响

在电解液中加入Cr2O3微粒对Ti6Al4V合金进行微弧氧化处理,通过SEM、XRD及摩擦试验分析Cr2O3微粒复合对微弧氧化膜微观结构及摩擦磨损行为的影响。结果表明:加入Cr2O3微粒后,复合膜表面孔隙减少,耐磨性提高,膜层中出现了Cr2O3相。随着电解液中Cr2O3微粒的增加,复合膜厚度增加,Cr2O3相衍射峰不断增强,TiO2相逐渐减少,Al2TiO5相趋于消失。在0.5~1.5 g/L内,复合膜的摩擦系数随Cr2O3微粒的增加而减小;加入量为1.5 g/L Cr2O3微粒时,复合膜的耐磨性最好。     

Ti2AlNb合金微弧氧化电解液优化及耐磨性研究

目的优化Ti_2AlNb合金微弧氧化的电解液配方,提高Ti_2AlNb合金微弧氧化膜的耐磨性。方法借助SEM、EDS、XRD研究硅酸盐-磷酸盐电解液体系中Na_2MoO_4浓度对Ti_2AlNb合金微弧氧化膜形貌、成分及相结构的影响。利用CFT-I型磨损试验机测试不同微弧氧化膜的摩擦磨损性能。结果电解液中添加Na_2MoO_4后,微弧氧化膜的生长速率增加,膜层中出现了Mo元素且含量也逐渐增加。Na_2MoO_4的加入降低了Ti_2AlNb合金微弧氧化膜的摩擦系数及比磨损率,但微弧氧化膜的耐磨性并非随Na_2MoO_4含量线性提高。含6 g/L Na_2MoO_4的体系中,微弧氧化膜摩擦系数低至0.25左右,比磨损率仅为1.20×10~(-3) mm~3/(N·m),表面呈轻微磨粒磨损特征。结论电解液中的Na_2MoO_4参与了成膜过程,对Ti_2AlNb合金微弧氧化膜的生长有显著的促进作用,有效地改善了Ti_2AlNb合金微弧氧化膜的耐磨性。     

7075铝合金微弧氧化涂层的组织结构与耐蚀耐磨性能

采用微弧氧化技术在7075铝合金表面制备保护性涂层,考察工艺参数对涂层生长过程的影响规律,利用SEM和XRD测试微弧氧化涂层的微观组织,通过中性盐雾实验评价涂层的耐腐蚀性能,通过摩擦磨损实验研究涂层的摩擦磨损特性.结果表明,电流密度和氧化时间是影响微弧氧化涂层质量和厚度的重要参数;γ-Al_2O_3是微弧氧化涂层的主要组成相,基体材料成分和电解液组分都会影响涂层的相组成;涂层厚度以及封孔处理对涂层的耐腐蚀性能具有显著影响,经适当工艺制备和处理的微弧氧化涂层耐中性盐雾实验时间可达2000h以上,耐蚀性优异;微弧氧化处理能够显著提高7075铝合金的耐磨性,与7075铝合金基体和硬质阳极氧化膜相比,微弧氧化涂层的耐磨性分别提高了约400倍和50倍.     

铝合金的微弧氧化研究

在硅酸钠和氢氧化钠电解液中利用微弧氧化技术在LY12铝合金表面生成陶瓷膜层.对膜层进行了SEM和TEM观察.对微弧氧化过程中电参数的变化规律进行了探讨,并分析了电参数对微弧氧化的影响.结果表明:在本实验条件下,用微弧氧化工艺在铝合金表面可制得致密的、厚度达200μm的氧化膜,膜层与铝基体的结合层形成了纳米晶相.电参数对陶瓷层的厚度、硬度、粗糙度都有较大的影响.对微弧氧化膜层的钢球和陶瓷球磨损的对比可知,与钢球的磨损主要是粘着磨损,对陶瓷球的磨损主要是磨料磨损.     

TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜的结构及摩擦磨损性能

在硅酸钠-六偏磷酸钠体系中添加1.5g/LCr2O3微粒,采用直流脉冲模式在TC4钛合金表面制备了微弧氧化Cr2O3复合膜;利用SEM、EDS、XRD对复合膜的微观形貌和结构进行观察分析,并研究了其在室温干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果表明:复合膜的表层孔隙中填满了微小的Cr2O3颗粒,表面只能看到少量微孔;膜层中除了金红石及锐钛矿TiO2相、Al2TiO5相外,还出现了大量的Cr2O3相,且包含了一些非晶态的P、Si化合物。在相同的摩擦磨损条件下,微弧氧化Cr2O3复合膜的摩擦系数更小、磨损量更低、耐磨性也更好。在10N载荷下,复合膜只发生轻微的粘着磨损,几乎未发生磨粒磨损;在50N载荷下,复合膜的磨粒磨损有所加剧,且出现了第二相粒子流失。Cr2O3颗粒主要通过对微弧氧化膜孔隙的填充作用、载荷转移作用及弥散强化作用,来降低复合膜的摩擦系数和表面磨损量,提高其耐磨性。     

稀土铈掺杂石墨烯对7050铝合金微弧氧化膜层结构与性能的影响

采用微弧氧化(MAO)技术,以硅酸盐为主要电解液成分,通过加入稀土元素铈以及石墨烯添加剂,在7050高强铝合金表面制备微弧氧化膜层。利用扫描电镜(SEM)、体视显微镜、X射线衍射仪(XRD)、摩擦磨损试验机以及电化学工作站研究微弧氧化陶瓷膜层的形貌、粗糙度、相组成和元素分布以及耐磨性和耐蚀性。结果表明:同时加入4 g/L CeO2和10 g/L的石墨烯制备的复合膜层表面微孔尺寸明显降低,结构致密,耐磨性较好,粗糙度最低(1516.03 nm),膜层主要由α-Al2O3和γ-Al2O3组成。且此时的复合膜层自腐蚀电位最大,自腐蚀电流最小,耐腐蚀性最佳。     

高温合金GH 2984在750℃水蒸气中的氧化行为研究

采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪等研究了GH 2984合金在750℃纯水蒸气中的氧化行为。探讨了瘤状/刀片状Cr_2O_3的形成原因及GH 2984合金在750℃纯水蒸气中的氧化机制。结果表明:GH 2984合金表面形成单一的Cr_2O_3膜,其中分布少量TiO_2。在氧化膜下方的金属基体尤其是其晶界处Ti、Al发生内氧化,分别形成TiO_2和Al_2O_3。合金的氧化动力学近似遵循抛物线规律。     

Na2WO4和SiCp对2Al2铝合金微弧氧化膜的影响

在质量浓度为40 g/L的Na2SiO3,8 g/L的Na2WO4混合电解液中添加SiCp,在2A12铝合金基体上原位生长微弧氧化陶瓷膜.采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)分析了陶瓷膜微观形貌、元素含量、相组成,通过数字式覆层测厚仪和摩擦磨损试验检测了氧化膜的厚度和耐磨性.结果表明,Na2SiO3、Na2WO4混合电解液生长的陶瓷膜由α-Al2O3和mullite相组成,膜层较致密,Na2WO4的加入提高了膜层生长速率;添加SiC微粒后,微弧氧化过程中SiC微粒分解,促进莫来石相形成,膜层有较好的耐磨性.     

Ti6Al4V合金微弧氧化/Cr2O3复合膜的生长特征与摩擦学性能

在电解液中加入Cr2O3微粒,以共生沉积方式在Ti6Al4V表面制备微弧氧化/Cr2O3复合膜。利用SEM、XRD、EDS等研究复合膜的生长规律及Cr2O3微粒的沉积方式,通过摩擦试验分析不同生长阶段的复合膜的摩擦磨损性能。结果表明:在0~30min内,复合膜呈近线性增长,之后生长速率明显变缓,膜层表面也出现了大块Cr2O3团聚体。复合膜主要由金红石TiO2、锐钛矿TiO2及Cr2O3相组成。随氧化时间的延长,锐钛矿TiO2逐渐减少,金红石TiO2含量先增加后趋于稳定,而Cr2O3的衍射峰一直增强,复合膜的耐磨性也先增后降;氧化20min时,复合膜的耐磨性最好,摩擦系数最小,仅为0.05~0.2。在微弧氧化过程中,Cr2O3微粒或直接吸附在熔融态的氧化膜表面,或被捕捉、锁定到氧化膜的表面微孔中;也有部分Cr2O3微粒被高温放电产生的熔融物裹覆并一起遇冷凝固到氧化膜中。     

等离子喷涂层与微弧氧化膜层的摩擦磨损性能比较

采用等离子喷涂法在钛合金基体上制备了纳米氧化锆陶瓷涂层,采用微弧氧化法在锆合金基体上制备了氧化锆陶瓷膜层。通过摩擦磨损试验研究了纳米陶瓷涂层和微弧氧化膜层的摩擦磨损性能。结果表明:在往复滑动磨损条件下和两种载荷水平下,两种涂层均呈现相同的耐磨性规律;在较大载荷下,微弧氧化膜层的磨痕深度较大,即纳米ZrO2陶瓷涂层的耐磨性优于微弧氧化陶瓷膜层。     

微弧氧化制备CoO/Al_2O_3复合膜层及催化性能

采用电解液修饰法,利用微弧氧化技术直接在铝基体上制备CoO/Al2O3微弧氧化复合膜层,采用SEM和XRD观察并分析复合膜层表面、截面形貌和相组成,探讨了复合膜层形成机制及对甲基橙溶液催化降解作用。结果表明,微弧氧化复合膜层主要由Al2O3相和CoO相组成,且CoO沉积在Al2O3陶瓷层表面或者孔洞内;碱性电解液中添加Co(CH3COO)2生成Co(OH)2胶体,从而在热化学作用下分解为CoO,是形成CoO/Al2O3复合膜层的主要原因;室温常压下复合膜层催化10 h可使甲基橙溶液降解率达到96.4%。     

硅酸钠浓度对Ti3Al基合金微弧氧化层生长及其摩擦磨损性能的影响

目的 研究硅酸钠溶液浓度对Ti3Al基合金表面制备微弧氧化膜层结构的影响,以提高Ti3Al基合金微弧氧化膜层的摩擦磨损性能。方法 采用恒流模式微弧氧化电源,分别在6、8、10 g/L的Na2SiO3电解液中,对Ti3Al基合金试样进行微弧氧化处理,用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、Image J软件、X射线衍射仪（XRD）及显微硬度仪,分析微弧氧化膜层的表面形貌和截面形貌、元素分布、厚度、相组成以及表面硬度。用CFT-I 型磨损试验机研究不同微弧氧化膜层的摩擦磨损性能。结果 随着Na2SiO3浓度的增加,微弧氧化的工作电压与起弧电压均逐渐减小。微弧氧化层表面呈多孔状,存在熔融物堆积导致的环状凸起。随着Na2SiO3浓度的增加,氧化层表面微孔直径减小,膜层逐渐增厚。微弧氧化膜层主要Al2O3、SiO2、TiO2、Nb2O5以及Al2SiO5相组成,微弧氧化处理明显降低了Ti3Al基合金的摩擦系数和磨损率。电解液Na2SiO3质量浓度为10 g/L时,微弧氧化膜层的平均摩擦系数为0.49,磨损率仅为2.1×10-7 mm3/(N?mm),主要表现为微切削磨损与轻微的粘着磨损。结论 随着硅酸钠浓度的增加,有利于提高微弧氧化膜层的形成速率,缩短反应时间。微弧氧化处理能够显著改善Ti3Al基合金的耐磨性。     

铝合金微弧氧化膜纳米TiO_2掺杂机理研究

在含有纳米TiO_2的电解液中对铝合金进行微弧氧化处理,用以研究掺杂纳米TiO_2对铝合金微弧氧化成膜机理及性能的影响。利用扫描电镜(SEM)观察微弧氧化膜形貌,能谱仪(EDS)分析膜层Ti、Al、O等元素含量,X射线衍射仪(XRD)分析相组成,测定膜厚、硬度和氧化液中TiO_2表面电荷,建立了掺杂改性模型。结果表明,加入纳米TiO_2后,氧化初期电压随TiO_2添加量增加逐渐升高、5min后电压逐渐降低;氧化膜表面孔洞数量和尺寸减小,成膜效率、膜层致密度和表面疏松层硬度提高。纳米TiO_2在氧化膜表面均匀分布,截面不均匀分布。氧化膜主要由γ-Al_2O_3、Mullite和少量Si组成。     

电解液组成对ZAlSi12Cu2Mg1微弧氧化陶瓷膜的影响

采用电解液成分逐渐加入法,在6种电解液中对ZAlSi12Cu2Mg1试样进行微弧氧化处理,研究电解液组成对微弧氧化陶瓷膜形成的影响,寻找合适的电解液组成。结果表明：电解液组成对陶瓷膜层的厚度、粗糙度、硬度、耐磨性、膜层微观形貌及相组成的影响很大,通过调节电解液成分,可获得性能优良的陶瓷膜。适宜的电解液组成为：8g／LNaSiO3,1g／LNaOH,2g／LNa2WO4,0．5g／LNa2EDTA及10mL／L丙三醇。在此种电解液组成下,获得的陶瓷膜厚156μm,面粗糙度为259nm,显微硬度达HV891。在干摩擦条件下,经30min磨损后,其磨损仅为基体的13．29％。观察膜层微观形貌,膜层均匀致密。XRD分析表明：氧化层中含有Al、莫来石、SiO2、d．Al2O3、y-Al2O3和WO3相。     

两步法制备TiO2/(PTFE+石墨)微弧氧化复合膜层及其摩擦磨损行为

目的 提高钛合金钻杆的耐磨性能。方法 先对钛合金钻杆表面进行微弧氧化处理,然后再对微弧氧化层进行（PTFE+石墨）复合处理,得到（PTFE+石墨）复合膜层。利用扫描电镜（SEM）观察TiO2/(PTFE+石墨)复合膜层的表面形貌,通过能谱（EDS）分析膜层元素的含量,用X射线衍射（XRD）分析复合膜层的相组成,用多功能摩擦磨损试验机测试膜层的摩擦磨损性能,并利用三维显微镜（白光干涉仪）观察微弧氧化层磨损后磨痕的三维形貌。结果 PTFE和石墨进入钛合金微弧氧化层的微孔中,并在表面形成薄薄的一层PTFE+石墨复合涂层。膜层中主要含有Ti、O、Si、Al、P、V、C、F等元素,其中碳和氟质量分数分别达到9.96%和25.53%。XRD分析结果表明,TiO2/(PTFE+石墨)复合膜层中除了锐钛矿型TiO2和金红石型TiO2外,还含有PTFE和石墨。TiO2/(PTFE+石墨)复合膜层的摩擦系数为0.19,磨痕宽度和深度分别为210 μm和1.5 μm,相对耐磨性达到18.73。复合膜层的磨痕没有明显的铧犁沟,磨痕比较平整。与TC4钛合金基体相比,TiO2/(PTFE+石墨)复合膜层的耐磨性得到了明显提高。TiO2/(PTFE+石墨)复合膜层的磨损以磨粒磨损为主,伴有粘着磨损。结论 采用两步法对钛合金进行TiO2/(PTFE+石墨)复合处理后,可有效提高钛合金的耐磨性能。     

LY12铝合金微弧氧化自润滑复合膜的制备与摩擦性能

在KOH-KF-NaAlO_2为组分的电解液中添加BN颗粒,采用微弧氧化技术,在LY12铝合金表面制备自润滑复合膜层(Al_2O_3/BN)。研究自润滑复合膜的形貌与微观结构以及工艺参数对复合膜中BN体积分数的影响,讨论BN颗粒的沉积机制,并分析复合膜的摩擦性能。结果表明:自润滑复合膜主要由α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3及BN组成;随着电压和BN质量浓度的增加,BN体积分数先增大后趋缓,电解液组分浓度对膜层BN的体积分数影响不大;当BN体积分数为10%,摩擦时间为120 min时,膜层摩擦因数降至0.173,BN颗粒的加入能有效减小摩擦,改善复合膜的摩擦性能。