论文摘要
随着现代铁路运输业的迅速发展,铝合金车体轻量化设计已成为生产制造轨道车辆的必然趋势。7N01铝合金是非常理想的中强可焊结构材料,主要用于轨道高速列车车体的端面梁、底座、侧面构件骨架等重要部件,其服役条件要求工件具有较高的表面硬度,较低的表面粗糙度,且不易发生磨损和腐蚀现象。因此,本文利用微弧氧化（MAO）技术对国产机车用7N01铝合金及其搅拌摩擦焊（FSW）接头进行表面防护处理,在其表面获得均匀一致的陶瓷膜,提高其表面性能,为扩大该类铝合金在交通领域的工程应用提供相关指导和数据基础。通过正交设计方法对比筛选适宜的电解液体系及溶液组分配比,利用涡流涂层测厚仪、Image-Pro Plus图像分析软件、精密粗糙度仪,分析讨论工作电压、电流密度、脉冲频率、占空比等工艺参数对陶瓷层厚度与表面特性（表面孔隙率、孔径分布、轮廓支撑率等）的影响,优化工艺参数。结果表明,采用恒流模式,且电流密度设定为5.5 A·dm-2、频率为450 Hz、占空比20%、氧化时间30 min时,在NaAlO2体系电解液（5.5 g·L-1 NaA102、1 g·L-1 KOH、3 g·L-1NaF、0.8 g·L-1 EDTA等）中所获微弧氧化陶瓷层更为连续、完整,硬度大,外观质量良好,小孔径分布比例大,表面孔隙率适宜,表面粗糙度小,轮廓支撑率曲线呈现上凸规律,实际接触面积大,接触刚性好,耐磨性优异。利用扫描电镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）等测试技术表征了陶瓷层的微观形貌、物相组成及陶瓷膜层中元素分布情况。微弧氧化陶瓷层表面存在大量放电“喷射孔”、熔岩沉积、微裂纹等微观形貌特征,陶瓷层与基体之间结合良好,放电微孔并未到达界面处。陶瓷层表面主要由Al和O两种元素组成,并沿截面方向呈现梯度变化规律。电解液中的F-、Na+、Ca2+参与到微弧氧化过程,并吸附、保留在放电通道内;从放电微孔喷出的熔融物更易生成y-Al2O3相,但随着氧化时间的延长,致密层中的α-Al203相逐渐增多。利用硬度计测取陶瓷膜的维氏硬度值,采用冷热冲击法评价涂层的抗热震性能,通过摩擦磨损试验以及SEM、EDS等手段,研究了陶瓷层的磨痕形貌、磨屑特征、元素分布及其摩擦磨损机制。结果表明,致密层的硬度值最大,其后则沿基体方向下降。陶瓷层经受50次冷热冲击后未发现起泡和剥落现象,抗热震性能良好。陶瓷层与GCr15钢对摩时的干摩擦系数约为0.5～0.6,干摩擦30 min的磨损量仅为6.19 mg,两者之间主要呈现粘着磨损与轻微磨粒磨损机制。分别采用点滴腐蚀、盐雾腐蚀（NSS）和电化学方法研究了微弧氧化陶瓷层的耐腐蚀性能,分析了陶瓷层的耐腐蚀机制。结果表明,陶瓷层表面微孔多为盲孔,能有效阻碍腐蚀介质（Cl-）与基体的接触,呈现局部腐蚀特征。480 h盐雾腐蚀后,陶瓷层的腐蚀率仅为0.019g·m-2·h-1,经沸水封孔处理后,其腐蚀率下降为5.9×10-3g·m-2·h-1。均匀一致的微弧氧化陶瓷层能够对FSW接头起到很好的防护作用。微弧氧化处理的FSW接头在96 h盐雾腐蚀后,腐蚀率为0.03 g·m-2·h-1,而经沸水封孔处理后,陶瓷层的腐蚀率减小为 0.02 g·m-2·h-1。