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.     

等离子体微弧氧化技术及其发展

等离子体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层的材料表面改性技术.详细介绍了等离子体微弧氧化技术的发展历史和研究现状,以及应用微弧氧化技术制备陶瓷膜的基本原理和制备方法,对微弧氧化技术的特点及应用进行了总结,并阐述了微弧氧化技术的研究动态和存在的问题.     

微弧氧化技术的发展及其应用

综述了国内外微弧氧化(MAO)技术的发展概况,重点介绍了微弧氧化技术的原理和工艺特点;总结了微弧氧化陶瓷膜显微组织与性能的影响因素以及应用;分析了微弧氧化技术目前存在的问题,并指出微弧氧化技术今后将向低能耗、超大型复杂轻金属构件处理及与其他表面技术复合的方向发展的趋势。     

钛合金表面微弧氧化技术的研究

微弧氧化是一项在有色金属表面原位生长陶瓷膜的新技术,利用该技术可在钛合金表面生成耐磨、耐蚀、耐高温以及电绝缘性能优异的陶瓷膜层.介绍了微弧氧化技术的基本原理、钛合金微弧氧化的发展及现状,并提出了钛合金表面微弧氧化技术发展的新思路.     

我国铝/镁合金微弧氧化技术的研究及应用现状

微弧氧化技术是一种直接在Al,Mg,Ti等有色金属表面原位生长陶瓷膜的表面处理新技术.处理过程简单,工艺环保,处理后膜层性能优越,多年来对其研究十分活跃.为此,总结了近年来国内对铝合金、镁合金微弧氧化研究取得的成果,分析了当前国内微弧氧化技术研究的水平和现状,在此基础上对微弧氧化技术的总体发展趋势和应用前景进行了展望.     

微弧氧化技术国内外研究进展

综述了微弧氧化工艺自20世纪60年代产生至今在电源、电解液和基体合金方面的发展过程,总结了微弧氧化膜的化学成分及相结构从基体到膜表面的分布规律及电流密度、氧化时间、电压、电解液组分等因素对陶瓷膜生长和性能的影响规律.同时指出微弧氧化技术虽具有广泛的应用前景,但在理论研究和生产成本控制等方面仍存在不足之处.     

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.     

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。     

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。     

Improvement of structural and mechanical properties of alumina coatings by incorporation of TiO2 and α-Al2O3 nanoadditives

Abstract

Alumina coatings embedded with different nanoadditives were fabricated on aluminium alloy by microarc oxidation (MAO). Incorporation of nanograins into the prepared coatings was accomplished by dispersing nanoadditives into different electrolytes during the MAO process. Our results show that nanograins are successfully embedded in the ceramic coatings, and the embedded coatings are compact and have lower porosity. The mechanical properties of the nanograin embedded coatings such as hardness, adhesion and wear resistance are consequently improved, and the samples prepared in aluminate electrolyte with α-Al₂O₃ nanoadditive have better mechanical properties than those prepared in other electrolytes. Our results also show that the mechanical properties of MAO coatings are closely related to the surface structure. The introduction mechanism of nanograins into the ceramic coatings resulted from the reactions occurring in the microarc discharge channels such as diffusion and electrophoresis, which is believed to improve the structure of the prepared coatings.     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织对微弧氧化膜生长的影响

采用微弧氧化方法在硅酸盐电解液里在2219铝合金搅拌摩擦焊接头表面均匀生长一层50 μm陶瓷膜, 分析了铝合金基体和焊缝区陶瓷膜的形貌、相组成和显微硬度分布, 探讨了合金显微组织和微弧氧化膜生长过程的相互影响. 结果表明, 铝合金显微组织对微弧氧化膜的生长影响较小, 铝合金基体和焊缝区的微弧氧化膜特性几乎相同, 陶瓷膜都是由α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃和莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂)相组成; 不同区域膜层的显微硬度相等, 其平均硬度约为HV 1500. 另外, 微弧放电高温过程对膜/基界面附近的铝合金显微组织没有影响.     

Preparation of Metallurgical Ceramic Coatings on Steel Using a Combined Technique

Micro-arc oxidation (MAO) is a novel surface technique for producing ceramic coatings on valve metals and their alloys. But this promising technique can not be used to steel directly. In this paper metallurgically wedded ceramic coatings was prepared on steel surface with a combined method of arc spraying and microarc oxidation for the first time. The results show that, adhesive strength of the arc spraying aluminum coatings to steel substrate was enhanced after induction remelting, and a metallurgically wedded region was formed between arc spraying coatings and steel substrate. After MAO, ceramic coatings was formed on aluminum coatings, and the ceramic coatings is mainly composed of α-Al2 O3 ,γ-Al2 O3 , θ-Al2 O3 and a little amorphous phase.     

SiCP/AZ31镁基复合材料微弧氧化膜结构与性能分析

采用微弧氧化表面处理技术在SiC颗粒增强AZ31镁基复合材料表面制备保护性陶瓷膜.分析了陶瓷膜的表面形貌、截面组织和相组成,并测量了膜层的硬度、热震和电化学腐蚀特性.结果表明,陶瓷膜由MgO、Mg₂SiO₄和少量同电解液组成元素相关的相所组成,膜内还残留少量SiC_P增强体.膜层的最高硬度可达到HV800,比复合材料基体提高五倍以上.经过100次热循环(500℃→水淬)后膜层与复合材料结合良好,显示该膜层有较好的抗热震性能.微弧氧化处理后,SiC_P/AZ31镁基复合材料的抗腐蚀能力得到较大提高.     

镁合金微弧氧化Na2CO3诱导析气反应及结构调制

阳极析气能够有效调制微弧氧化膜层表面形貌.实验提出了一种CO2增强析气的方法.在Na3PO4+KOH+NaF溶液中添加Na2CO3对AZ31镁合金表面进行微弧氧化处理.利用气相质谱、扫描电镜、X射线衍射、红外光谱扫描探讨了Na2CO3添加剂对阳极区析气反应的影响和对膜层形貌、结构的调制作用.结果表明:与传统微弧氧化不同,添加Na2CO3之后,阳极区产生的气体既有O2也有CO2.在含Na2CO3的电解液中,微弧氧化前期的阳极氧化阶段有MgCO3生成;在微弧氧化后期,膜层中不含有MgCO3,膜层主要相仍为MgO相.对比发现,经过Na2CO3调制之后的膜层表面大尺寸孔隙数目减少,膜层孔隙率提高.     

纯钛表面微弧氧化膜纳米压入法研究

微弧氧化是一项较新的等离子体化学-电化学成膜技术，硬度和弹性模量是膜的基本微区力学性能。采用交流微弧氧化方法的铝酸盐溶液中在TA2纯钛表面制备出较厚的氧化膜，利用纳米压入法测定了膜的硬度和弹性膜量，并探讨了微弧放电对氧化膜相组成和性能的影响。研究结果表明：膜的显微硬度和弹性模量分布有相似的变化规律，从膜表层到膜内部，硬度和弹性模量逐渐增加，并在内层膜达到最大值，分别为9.78GPa和176GPa，比钛基体高的多；膜不同浓度处TiO2金红石和TiAl2O5相的相对含量变化决定了硬度和弹性模量的分布。     

Thermal conductivity investigation of zirconia co-doped with yttria and niobia EB-PVD TBCs

A technique used to improve the life cycle and/or the working temperature of the turbine blades uses ceramic coatings over metallic material applied by electron beam-physical vapor deposition (EB-PVD). The most usual material for this application is yttria doped zirconia. Addition of niobia, as a co-dopant in the Y₂O₃–ZrO₂ system, can reduce thermal conductivity. The purpose of this work is to evaluate the influence of the addition of niobia on the microstructure and thermal properties of the ceramic coatings. This new formulation will, in the future, be able to become an alternative to the composition currently used by the aerospace field in EB-PVD thermal barrier coatings (TBC). A significant reduction of the thermal conductivity, measured by laser flash technique, in the zirconia ceramic coatings co-doped with yttria and niobia when compared with zirconia–yttria coatings was observed.     

镁锂合金表面陶瓷膜的制备工艺及耐蚀性能

在硅酸盐体系中,利用单相脉冲微弧氧化技术在Mg-5wt%Li合金表面原位生长陶瓷膜.利用扫描电镜、X射线衍射、电化学分析、盐水浸泡等方法研究了陶瓷膜的形貌特征、相结构及耐腐蚀性能.结果表明:硅酸盐电解液体系中生长的陶瓷膜主要含有MgO相和少量的MgSiO3相,微弧氧化陶瓷膜试样与基体相比,耐点腐蚀性能显著提高,盐水浸泡过程中陶瓷膜主要发生严重腐蚀.通过正交试验优化耐蚀膜层的制备工艺条件,得到最佳工艺为电流密度2A/dm2、频率300Hz、占空比80%、处理时间20min.