铝合金复合涂层的制备及性能研究

论文摘要

铝及铝合金具有密度小、比强度大、易成型等优良的性能,在工程领域得到了越来越广泛的应用。阳极氧化处理可以进一步提高铝及铝合金的表面性能,其中硬质阳极氧化处理对表面性能的提高更为显著,近年来的发展更加引人瞩目。具有优良的减摩耐磨性能的自润滑铝合金复合涂层在工程上,特别是尖端技术领域有极好的应用前景,因此具有孔阵结构的氧化铝多孔膜也越来越受到了人们的关注,铝合金复合涂层技术已成为当前研究的热点之一。本论文主要研究了铝及6063铝合金复合自润滑涂层技术,主要工艺是将铝及6063铝合金先进行硬质阳极氧化,然后采用热浸法引入聚四氟乙烯微粒至氧化膜膜孔及表面,通过真空精密热处理后形成复合涂层。本论文针对以下两个方面进行了研究:（1）铝合金的常温硬质阳极氧化技术。硬质阳极氧化工艺在制备复合涂层的过程中是第一道工序,也是最关键的工序,其工艺较复杂,影响参数较多且易波动。本文重点研究了以硫酸为基础电解液并添加其他辅助添加剂的混酸体系中的6063铝合金的硬质阳极氧化行为。探讨了电解质成分、浓度、电流密度、氧化温度、氧化时间等因素与氧化膜的膜孔形貌及性能之间的关系。实验结果表明:选择C链较短的草酸作为主要辅助添加剂所形成的氧化膜膜孔较大,氧化膜孔排列有序,分布均匀,大小均一,有利于后续复合涂层的制备。实验采用扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对氧化膜进行分析,结果表明氧化膜的主要成分为非晶态的氧化铝,氧化膜的厚度随着电流密度增加和氧化时间的延长而增厚,并且在18～25℃的温度范围内都能得到性能良好的氧化膜。（2）复合涂层的制备工艺。实验通过真空精密热处理工艺条件的控制、PTFE乳液浓度的调整、热浸参数的选择,在6063铝合金阳极氧化膜表面获得了PTFE/Al2O3复合涂层,涂层动摩擦因数低至0.16左右。SEM和X射线能量散射谱（EDS）分析结果表明,PTFE小颗粒进入了硬质阳极氧化膜孔中,尤其是PTFE乳液浓度在80～120g/L时,PTFE颗粒可以完全的封闭小孔。磨痕SEM形貌分析证明复合涂层具有良好的耐磨性能,紧密排列在氧化膜表面及渗入微孔内的PTFE微粒起到了减磨作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 铝合金的氧化处理技术
• 1.2.1 化学氧化
• 1.2.2 微弧氧化
• 1.2.3 阳极氧化
• 1.3 铝及铝合金阳极氧化原理
• 1.4 氧化膜的生长规律
• 1.5 阳极氧化膜的结构与组成
• 1.6 协合含氟聚合物涂层技术
• 1.7 本课题研究的主要意义及内容
• 1.7.1 论文选题的目的和意义
• 1.7.2 本课题研究的主要内容
• 第二章 实验过程
• 2.1 实验材料与仪器
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验工艺
• 2.2.1 硬质阳极氧化工艺
• 2.2.2 试件预处理
• 2.2.3 6063铝合金的硬质阳极氧化工艺
• 2.2.4 复合涂层制备
• 2.3 复合涂层分析与检测设备
• 2.3.1 涂层的硬度测试
• 2.3.2 涂层的表面形貌与结构分析
• 2.3.3 涂层的摩擦学性能测试
• 2.3.4 涂层结合力测试
• 第三章 硬质阳极氧化膜的制备及形成机理研究
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 材料的选取
• 3.1.2 材料的成分
• 3.2 硬质阳极氧化膜表面形貌分析
• 3.2.1 不同氧化时间下的表面形貌
• 3.2.2 不同电解液体系下的氧化膜形貌
• 3.2.3 不同电流密度下膜层的表面形貌
• 3.2.4 不同的电解温度下膜层形貌
• 3.2.5 精密热处理前后膜层形貌
• 3.3 硬质阳极氧化膜成分分析
• 3.4 硬质阳极氧化膜X衍射分析
• 3.5 硬质阳极氧化膜生成机理
• 第四章 复合涂层性能分析测试及评价
• 4.1 涂层厚度
• 4.1.1 膜厚和阳极电流密度的关系
• 4.1.2 膜厚和氧化时间的关系
• 4.2 涂层硬度及影响因素
• 4.2.1 成分对硬质氧化膜性能的影响
• 4.2.2 电流密度和氧化时间的影响
• 4.2.3 温度的影响
• 4.2.4 真空精密热处理的影响
• 4.3 复合涂层性能分析测试及评价
• 4.3.1 复合涂层的外观形貌
• 4.3.2 PTFE浓度对复合涂层外观的影响
• 4.3.3 复合涂层的表征与分析
• 4.3.4 复合涂层耐蚀性测试
• 4.3.5 复合涂层膜基结合力测试
• 第五章 复合涂层的摩擦性能研究
• 5.1 涂层的摩擦磨损试验
• 5.2 磨损形貌分析
• 5.3 涂层的摩擦磨损机理
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文