铝合金的等离子体氧化及其氧化层性能的研究

论文摘要

铝和铝合金因重量轻、比强度高、易成型等优点,在汽车和航空工业中得以大量应用,但其耐磨性和抗点蚀性能较差。尽管铝及其合金本身熔点和硬度都很低,但铝的氧化物却有很高的熔点、硬度和化学、热学稳定性,可以用作多种材料的保护层,并已得到广泛的研究。为克服铝合金性能方面的缺点,扩大应用范围,延长使用寿命,本文采用等离子体渗氧得到较厚的氧化层以改善铝合金性能。并对氧化后试样进行微摩擦实验和腐蚀实验,研究氧化层的摩擦和腐蚀性能本文将等离子体渗扩与真空气体渗扩的优点相结合,用等离子体放电空心阴极效应提高放电强度和离化率,从而产生高浓度、高活性的渗扩物质,使铝合会表面快速饱和,并反应扩散得到高品质的强化层。等离子体氧化原位生长得到的改性层具有致密、光滑、耐磨耐蚀性的特点。本文主要包括下面三方面的工作:（1）阴阳极之间放电电压为650V左右,正偏压为150V,氧化气体为工业高纯氧气（99.9%）,工作气压为30Pa左右。氧化温度在450℃-550℃之间,氧化时间控制在3-7小时内。用空心阴极辅助等离子体氧化方法对铝合金进行氧化试验,并利用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和X射线光电子能谱（XPS）等测试手段,研究铝合金在不同条件下经等离子体氧化后表面的微观形貌和元素深度分布等。研究空心阴极放电、正偏压对等离子体氧化的影响,藉此探讨等离子体氧化技术工艺及氧化机理。（2）用UMT-2MT型摩擦磨损试验机评价氧化层的摩擦磨损性能。铝合金经等离子体氧化后,在低载荷下,表面的摩擦系数明显降低,耐磨性能显著提高。（3）在3.5%NaCl溶液中进行浸泡腐蚀实验,证明铝合金经等离子体氧化后表面耐腐蚀性能（特别是耐点蚀性能）显著提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 铝及其合金的性能及用途
• 1.2 氧化铝的性质
• 1.2.1 氧化膜的稳定性
• 1.2.2 氧化铝的晶体特征和性能
• 1.3 铝及其合金传统的表面处理技术
• 1.3.1 阳极氧化
• 1.3.2 化学氧化
• 1.3.3 微弧氧化
• 1.3.4 热氧化
• 1.4 等离子体氧化技术现状
• 1.4.1 等离子体功能、特性
• 1.4.2 等离子体氧化技术现状
• 1.4.3 空心阴极辅助等离子体氧化技术
• 1.5 本文的主要研究内容和意义
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 研究意义
• 第2章 实验设备和实验方法
• 2.1 氧化装置
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 工艺过程
• 2.3 样品的分析表征
• 2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.2 原子力显微镜（AFM）
• 2.3.3 X射线光电子能谱（XPS）
• 第3章 氧化层的制备和分析表征
• 3.1 实验方案
• 3.2 氧化层颜色
• 3.3 SEM表征
• 3.4 AFM表征
• 3.5 XPS分析
• 3.6 空心阴极辅助离子氧化原理
• 3.6.1 活性物质的生成
• 3.6.2 吸附
• 3.6.3 扩散
• 3.7 等离子体氧化的动力学
• 3.8 小结
• 第4章 氧化层的微摩擦性能
• 4.1 微摩擦实验装置
• 4.2 实验方案与结果分析
• 4.2.1 载荷为0.5N的摩擦磨损实验
• 4.2.2 载荷为0.1N的摩擦磨损实验
• 4.2.3 载荷为0.05N的摩擦磨损实验
• 4.3 小结
• 第5章 氧化层的耐蚀性能
• 5.1 铝的腐蚀
• 5.1.1 点蚀
• 5.1.2 晶间腐蚀
• 5.1.3 应力腐蚀破裂
• 5.2 实验方案与结果分析
• 5.2.1 浸泡腐蚀20天实验
• 5.2.2 浸泡腐蚀35天实验
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历