航空用铝合金表面处理的研究现状与展望

全面介绍了国内外铝合金在建筑、汽车、航空航天等行业的应用及研究进展.主要阐述了航空航天领域结构胶接在国内外的发展状况、胶接用铝合金表面处理方法的目的、表面处理的机理及分类、影响表面处理质量的工艺参数、现代表面分析技术等.并对近年来国内外应用最广、技术最成熟的磷酸阳极化表面处理技术的应用及优缺点进行了分析,并展望了该领域研究的发展趋势.     

Grain Refinement through Shear Banding in Severely Plastic Deformed A206 Aluminum Alloy

The present work is conducted to study the microstructure and texture evolutions in an as‐cast A206 aluminum alloy after applying severe plastic deformation. Toward this end, the material is severely deformed through accumulative back extrusion (ABE) technique at 200 °C and followed by assessing the room temperature mechanical properties of the products. The macro shear‐bands formation in the highly strained regions can result in grain refinement through the geometric dynamic recrystallization mechanism. A significant refinement is also characterized within the micro shear‐bands; this is attributed to the intensified substructure development and the occurrence of continuous dynamic recrystallization. The corresponding inverse pole figure maps show similar orientation for these newly refined grains with the parent ones. A random texture is produced through sub‐grain rotation to dissimilar orientation at the intersection of micro‐bands. The assessment of mechanical properties of the processed materials reveal significant increase in both yield and ultimate tensile strength values. The hardness profiles also demonstrate a relatively homogenous microstructure after three and five ABE passes holding a mean hardness value of 183 Vickers.     

超疏水铝合金表面的防覆冰和防黏附行为

通过硬脂酸的醇水溶液一步浸泡法成功获得超疏水铝合金表面,其水接触角可达156.2°,滚动角小于5°.利用接触角测试、扫描电镜、红外光谱观测、结冰实验与防黏附实验分别对超疏水铝合金表面的润湿性能、表面微结构、化学结构以及防覆冰和防黏附行为进行了研究.结果表明:所制得的超疏水表面是由微-纳“多孔”结构和疏水烃基长链所共同赋予的.正是由于其特殊的粗糙结构和化学组成,使得该超疏水表面表现出良好的防覆冰和防黏附行为.     

铝合金表面铈基转化膜研究进展

铝合金具有成本低、强度质量比高、可加工性能良好等优点,被广泛应用于航空、交通、建筑等领域.但铝合金表面易发生小孔腐蚀和晶间腐蚀,需要进行防腐处理才能满足应用要求.稀土元素铈因具有特有的电子层结构和物理化学特性,是制备铝合金稀土转化膜最具优越性的元素,以此为防腐基材开发的稀土转化膜技术被认为是最有可能替代铬酸盐钝化的技术.目前所报道的铈基转化膜工艺有化学浸泡法、溶胶-凝胶法、电化学法、磁控溅射法等.其中,化学浸泡法制备过程简单,但铈离子的转化和沉积速率较难控制一致,膜层微米级裂纹较多;溶胶-凝胶法制备的膜层与基体结合强度高,耐蚀性好,但需要大量铈盐,且产生较多废酸、碱液,成本高,环境污染大;电化学法在低温下实现性能可控的铈基转化膜,成本低,但成膜有大量晶间裂纹,结构疏松,成膜质量差;磁控溅射法制备的涂层均匀,成分可控,但靶材的利用率低,难以实现强磁性材料的低温高速溅射.总体来看,目前所报道的铈基转化膜工艺存在溶液体系稳定性差,所制备的转化膜层不稳定、容易开裂,以及制备成本较高的问题,难以满足工业化应用的要求.铈基转化膜成膜机理被普遍认为是阴极成膜理论,即铝合金表面形成了氧化还原微电池.溶液中的溶解氧以及加入的H2 O2可作为羟基的供体,通过改变溶液局部pH值、物质、电子和电荷浓度来影响稀土元素的氧化反应和在基体表面的沉积.铈基转化膜的耐蚀机理是阴极抑制机理,即在铝合金表面形成的铈基转化膜阻止了氧的传输和电子的转移和传递,从而阻止了阴极微区上的还原反应,防止了铝合金表面的腐蚀溶解.但该机制只强调了阴极抑制,而忽略了也可能发生的阳极抑制.同时,由于涉及到电化学动力学抑制,因此铈基转化膜有"自愈能力".本文综述了国内外铝合金铈基转化膜制备工艺的研究进展,指出了各工艺的优点和缺点,阐述了铈基转化膜主流成膜和耐蚀理论的研究,并对制备工艺的改进方向及未来理论的研究方向进行了展望.     

铝合金表面各向异性A型条纹的疏水性

条纹表面不仅可用于物体表面的散热、疏水,还可用于各类航行体表面的减阻.在亲水性金属表面直接构造出疏水条纹表面的研究较少.采用电脑精雕工艺,在亲水性LY12铝合金表面加工了间距等于槽深、几何尺寸分别为0.15mm和0.2mm的单向平行A型条纹.条纹与其表面不规则粗糙结构共同构成了类荷叶表面的双重微结构.采用座滴法在光学显微镜下测试了条纹表面的疏水性.实验得出,淡水在间距为0.15mm的A型条纹表面的正/侧面表观接触角为111±2°/85±2°,相应地0.2mm△型条纹为133±2°/77±2°;盐水在间距为0.2mm的A型条纹表面的正/侧面表现接触角为139±2°/92士2°.解释了条纹表面液滴呈半椭球状,液滴的接触存在各向异性的现象.     

铝合金接触网零部件表面的微弧氧化处理

为探索更适合接触网铝合金零部件的表面处理技术,通过中性盐雾腐蚀、酸性全浸泡腐蚀试验以及极化曲线测量对比分析了铸造铝合金基体、阳极氧化膜层、微弧氧化膜层的耐蚀性。结果表明:处理后的铝合金耐腐蚀性得到了较大的提高,且微弧氧化膜比阳极氧化膜表现出了更加优异的耐腐蚀性能;微弧氧化膜层致密且孔隙率低的显微结构是其表现出好的耐腐蚀性的主要原因。     

镁、铝合金表面自纳米化研究现状

综述了目前镁、铝合金表面自纳米化制备方法、性能、耐蚀性等方面的研究.材料经表面自纳米化后,表面纳米层有良好的热稳定性,表面硬度明显提高,不同的工艺对耐蚀性影响不同.提出了表面自纳米化技术研究还需解决的问题及趋势.     

铝合金表面硅烷处理后腐蚀性能的研究

硅烷预处理对环境无污染,有望代替现有的铬酸盐处理,六价铬由于有毒,其使用及排放已受到严格的控制,使用腐蚀测量技术（直流极,盐雾试验,浸泡试验等）研究ＢＴＳＥ硅烷处理溶液的防护性能,研究结果表明,ＢＴＳＥ硅烷预处理对Ａｌ１１００铝合金抗腐蚀性能有明显改善。     

3D Stochastic Modeling of Grain Structure for Aluminum Alloy Casting

A 3D stochastic modeling was carried out to simulate the dendritic grains during solidification of aluminum alloys,including time-dependent calculations for temperature field, solute redistribution in liquid, curvature of the dendritic tip, and growth anisotropy. The nucleation process was treated by continuous nucleation. A 3D simplified grain shape model was established to represent the equiaxed dendritic grain. Based on the Cellular Automaton method,a grain growth model was proposed to capture the neighbor cells of the nucleated cell. During growing, each grainc ontinues to capture the nearest neighbor cells to form the final shape. When a neighbor cell was captured by other grains, the grain growth along this direction would be stopped. Three-dimensional calculations were performed to simulate the evolution of dendritic grain. In order to verify the modeling results, the predictions were compared with the observation on samples cast in the sand mold and the metal mold.     

高表面粗糙度6061铝合金的两酸抛光工艺研究

目的 为了降低6061铝合金的表面粗糙度,提出了一种环保型的两酸化学抛光工艺,并探究了抛光工艺条件对6061铝合金表面粗糙度和表面形貌的影响。方法 采用正交实验设计,确定6061铝合金两酸抛光添加剂的浓度,在此基础上通过单因素实验进一步对抛光液配方、温度和时间进行参数优化。通过粗糙度仪测量抛光前后的粗糙度和表面轮廓曲线,利用金相显微镜观察抛光前后的微观表面和断面金相,并且计算最佳工艺下的失重率。结果 在温度100 ℃、抛光10 min条件下,当抛光液的成分为H3PO4+H2SO4(质量比为2︰1)、10 g/L硫酸铝、2 g/L硫酸铜、1.6 g/L金属盐A、3 g/L氧化剂B、15 g/L过硫酸铵、1.5 g/L钼酸铵时,抛光效果最好。在最佳工艺下进行抛光,使铝合金表面粗糙度从6~8 µm降低至2 µm左右,粗糙度的标准差从2 µm左右降低至1 µm以下,失重率在0.002~0.004 g/(cm².min)范围内波动,并且得到了光亮的表面。结论 该抛光体系在处理高表面粗糙度的6061铝合金时表现出良好的抛光效果,研究结果对提高3D打印的6061铝合金零件表面质量提供了较好的借鉴与理论分析基础。     

铝合金表面含氟自润滑层成分分布与组织形貌

使用添加MoS2和少量Fe粉改性处理的聚四氟乙烯,在常用的Al-Si-Cu系铝合金表面经硬质阳极氧化后,采用热浸法制备改性含氟的自润滑层.分析了涂层的形貌和填料成分分布以及对性能的影响.     

溶胶-凝胶技术在铝合金表面处理中的研究进展

采用溶胶-凝胶（Sol-gel）方法可以在材料表面制备各种Sol-gel无机物膜层,以赋予材料新的使用性能。综述了溶胶-凝胶技术在铝和铝合金的表面涂层制备以及在铝合金阳极氧化膜封闭方面的应用现状,指出溶胶-凝胶技术在铝合金表面处理方面是又一重要的绿色环保、有效的新技术。     

变形铝合金表面处理后浅色条纹产生的原因分析

某批工件每经阳极氧化、封闭染色后出现浅色条纹,工件材料为7A04铝合金,通过对工件所用原材料进行化学成分分析、金相检测、力学性能检测、电镜扫描分析、能谱分析,结果表明,工件的色泽差异主要与铝合金组织和相的不均匀有关。铝合金工件相的不均匀导致了组织的不均匀,使得铝合金工件阳极氧化时出现了选择性氧化和选择性溶解,导致铝合金工件各部位形成氧化膜的比表面自由能和吸附能力不同,造成了染色后铝合金工件表面的色泽差异。     

铝合金表面液相沉积抗菌层的性能研究

银可用作金属表面抗菌功能层的有效成分,从而拓宽金属材料在日用家电产品中的使用范围.为此,通过液相沉积的方法在铝合金表面制备出金属银的颗粒膜层,对沉积工艺、沉积膜层抗菌性能以及沉积层与基体结合力等进行了初步的探讨和研究.结果表明,通过液相沉积法在含1.0×10-3 mol/L硝酸银、1.0 mol/L己二胺配位剂、1.5×10-3 mol/L硼氢化钾、pH值为13的溶液中,在300 r/min搅拌下沉积1 min,可在铝合金表面沉积出粒度为1 μm以下的银颗粒,沉积层与铝合金基体有良好的结合力,蒸煮试验表明抗菌层无鼓泡、无脱落现象发生;铝合金抗菌层的表面抗菌测试结果表明,抗菌沉积层对大肠杆菌的杀菌率可达到96%以上.     

铝合金表面有机硅烷超疏水膜的制备及其耐蚀性

有机硅烷薄膜可有效保护铝合金.配制了十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)溶液,通过自组装的方法在铝合金表面制备了超疏水有机硅烷薄膜,研究了薄膜的表面形貌、化学结构及耐蚀性.结果表明:制备的有机硅烷薄膜可达到超疏水状态,表面接触角为158°,且对铝合金表面有显著的防腐蚀作用,保护效率达到89.2%.     

2A96铝合金表面阳极氧化及性能研究

针对铝合金表面极易氧化生成结构疏松、耐腐蚀性差的氧化膜问题,利用阳极氧化法对2A96铝合金表面进行防腐蚀处理。通过改变阳极氧化实验中的氧化电压,在2A96铝合金表面制备不同的阳极氧化膜;利用金相显微镜观察各个阳极氧化膜的表面形貌、测厚仪测量其厚度、显微硬度计测定其硬度、点滴实验获取其点滴时间、电化学工作站获取其极化曲线和交流阻抗谱,进而对阳极氧化膜的耐腐蚀性进行研究。结果表明,在所测电压范围(8～16 V)内,随着电压的升高,阳极氧化膜的厚度、硬度、点滴时间也逐渐增加,耐腐蚀性能也随之增强。2A96铝合金经过表面阳极化处理后,其性能显著提高。     

铝合金表面阳极氧化膜的制备及其摩擦性能

为了提高铝合金表面耐磨性能并降低摩擦系数,对其进行自润滑表面处理.利用铝合金阳极氧化膜耐磨的特性及多孔的形貌,研究制备既具备高耐磨性又具有大孔径的阳极氧化膜工艺,并采用超声处理结合热浸渍的方法向纳米孔中填充聚四氟乙烯(PTFE)润滑颗粒.通过对草酸、磷酸+有机酸和草酸+磷酸+柠檬酸3种体系的氧化液制备出的氧化膜性能的比较,选用草酸、磷酸、柠檬酸的混合酸对铝合金进行阳极氧化,形成了厚为28.2um,维氏硬度为236.4的硬质氧化膜,其氧化膜孔径大小约为90 nm.经过润滑颗粒填充处理和热处理之后在铝合金表面制备出了结合良好的自润滑膜,其表面摩擦系数为0.135.该表面处理方法实现了铝合金表面的自润滑.     

铝合金表面Ti-Zr转化膜的制备及腐蚀行为研究

为进一步提高铝合金的耐蚀性,以H2TiF6和H2ZrF6为主成膜剂,六偏磷酸钠为辅助成膜剂,在LY12铝合金表面制备了Ti-Zr转化膜,系统地研究了转化液pH值和转化时间对转化膜耐蚀性的影响.通过SEM、EDX、电化学测试、全浸试验等研究了转化膜表面形貌-成分-耐蚀性之间的关系.结果 表明:转化温度为40 ℃时,最佳转化液pH值为4.5,最佳转化时间为15 min;转化膜层中主要含有Ti、Al、O元素,另含有少量Zr元素,推测转化膜的主要成分为TiO2、ZrO2、Al2O3,生成的连续致密氧化膜能明显抵御Cl-的侵蚀,显著提高其耐蚀性.     

铝合金黄色微弧氧化膜的制备及其性能

目前,铝合金微弧氧化膜色泽单一,多为白色,影响了其装饰性和在光学仪器方面的应用.为此,以高锰酸钾为着色剂,通过控制电解液的组成及其浓度,在铝合金表面原位生成了黄色微弧氧化膜.用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析、观察了氧化膜层的相结构和表面形貌.结果表明:陶瓷膜层致密,与基体结合紧密;膜层主要组成相为Al,Al2O3,Mn5O8,Mn3O4,MnWO4;黄色陶瓷膜色泽稳定,较铝合金基体腐蚀电位有所提高.