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铝合金微弧氧化工艺研究及复合抗菌膜的研制

2020-12-12阅读(408)

铝合金微弧氧化工艺研究及复合抗菌膜的研制

论文摘要

为提高铝合金表面的硬度、耐腐蚀性能,兼顾良好机械性能与抗菌性能。本课题结合微弧氧化与化学镀银技术的优点,对6061型铝合金进行微弧氧化-化学镀银复合处理,制备出具有高强度、良好结合性能且高度抗菌的复合膜层。本课题对不同电解液体系中陶瓷膜的生长过程进行系统分析,探讨了电解液复配添加剂及钨酸钠添加剂对膜层特性的影响,并在微弧氧化陶瓷膜的基础上进行化学镀银的工艺研究。采用SEM、EDS、XRD等手段分析了陶瓷膜及复合膜的显微结构、相组成和相成分,研究了膜层的硬度、耐腐蚀性、结合强度及抗菌性能。主要研究结果如下:（一）工艺参数体系（1）微弧氧化电解液最佳工艺参数体系:硅酸钠（18 g/L）、钨酸钠（5 g/L）、乙二胺四乙酸二钠（0.8 g/L）、柠檬酸钠（1 g/L）、氢氧化钠（1 g/L）。（2）化学镀银最佳工艺参数体系:硝酸银（5 g/L）、氢氧化钠（3 g/L）、氨水（45 ml/L）、乙醇（15 ml/L）、酒石酸钾钠（11 g/L）、镀液pH=11.5。（二）陶瓷膜特性（1）陶瓷膜临界击穿电压随电解液浓度的增加逐渐降低,同时起弧所需的能量降低,电流密度对临界击穿电压影响不大,击穿电压与电解液的种类和浓度密切相关。（2）陶瓷膜由致密层和疏松层组成,主要含有α-Al2O3和γ-Al2O3相,疏松层成分主要受电解液组成的影响,而致密层成分与基体材料的合金成分紧密相关。（3）恒流模式下,陶瓷膜的厚度随氧化时间线性增加,膜层生长速率基本不变;恒压模式下,膜层生长速率在氧化前期增长较快,氧化后期逐渐减小,当氧化时间大于5.5 h时,放电非常微弱,陶瓷膜基本停止生长。（4）陶瓷膜具有良好的耐腐蚀性,比铝合金基体的耐腐蚀性提高12.7倍,加入Na2WO4后形成的陶瓷膜比基础电解液中陶瓷膜的耐腐蚀性进一步提高1.61倍。（三）复合膜特性（1）复合膜呈亮白色,膜层平整致密,晶粒细小,同时化学镀银对陶瓷膜表面起到较好的封孔作用,使复合膜具有较好的防护性能。（2）复合膜具有较高的硬度,硬度最大值为1026 HV。复合膜结合强度的最大值可达33.68 MPa,膜层结合牢固。（3）抗菌试验结果显示,对于金黄色葡萄球菌和大肠杆菌,抑菌环的最大直径分别为25.12 mm、21.56 mm,抗菌效果达到R级,膜层具有高度抗菌性。研究表明,利用微弧氧化-化学镀银对6061型铝合金进行复合处理,是兼顾铝合金机械性能与抗菌性能的切实可行的有效方法,采用该方法可以制备出高效、耐久、安全、结合性能良好的高强度复合抗菌膜。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 微弧氧化技术发展概况
  • 1.2.1 微弧氧化技术的基本原理
  • 1.2.3 微弧氧化技术的研究现状及机理发展概况
  • 1.3 微弧氧化工艺研究概况
  • 1.3.1 微弧氧化的制备工艺
  • 1.4 微弧氧化技术的应用领域
  • 1.5 表面抗菌技术研究概况
  • 1.5.1 单一抗菌表面处理技术研究
  • 1.5.2 复合抗菌表面处理技术研究
  • 1.6 本文的提出及研究的主要思路
  • 1.6.1 课题的来源
  • 1.6.2 课题的研究意义
  • 1.6.3 课题的研究目标
  • 1.6.4 课题的主要内容及解决的关键问题
  • 1.6.5 课题的主要技术路线
  • 第二章 试验设备与研究方法
  • 2.1 微弧氧化装置
  • 2.2 化学镀银试验装置
  • 2.3 试验材料及试剂
  • 2.4 膜层的表征手段
  • 2.4.1 膜层厚度的测定
  • 2.4.2 膜层表面粗糙度的测定
  • 2.4.3 膜层显微硬度的测定
  • 2.4.4 膜层显微形貌的观测和成分分析
  • 2.4.5 膜层的组织结构分析
  • 2.4.6 膜层耐腐蚀性能测试
  • 2.4.7 膜层质量的测定
  • 2.4.8 膜层结合性能测试
  • 2.4.9 复合膜抗菌性能评定
  • 第三章 电解液体系的工艺研究
  • 3.1 试验工艺条件
  • 3.1.1 电参数工艺条件
  • 3.1.2 电解液体系的选取
  • 3.2 不同电解液体系中陶瓷膜临界击穿电压的影响因素
  • 3.2.1 不同主成膜剂浓度对临界击穿电压的影响规律
  • 3.2.2 电流密度对临界击穿电压的影响规律
  • 3.3 不同电解液体系中陶瓷膜的显微形貌分析
  • 3.4 不同电解液体系对陶瓷膜生长速率的影响规律
  • 3.5 不同电解液体系对陶瓷膜相成分的影响规律
  • 3.6 不同电解液体系对陶瓷膜相组成的影响规律
  • 3.7 不同电解液体系对陶瓷膜硬度的影响规律
  • 3.8 不同电解液体系对陶瓷膜致密度的影响规律
  • 3.9 本章小结
  • 第四章 电解液添加剂的研究
  • 4.1 添加剂的类型及作用
  • 4.2 金属盐型添加剂钨酸钠的研究
  • 2W04 对陶瓷膜起弧电压-终端电压的影响'>4.2.1 Na2W04对陶瓷膜起弧电压-终端电压的影响
  • 2W04 对陶瓷膜表面形貌的影响'>4.2.2 Na2W04对陶瓷膜表面形貌的影响
  • 2W04 对陶瓷膜厚度及粗糙度的影响'>4.2.3 Na2W04对陶瓷膜厚度及粗糙度的影响
  • 2W04 对陶瓷膜相组成及硬度的影响'>4.2.4 Na2W04对陶瓷膜相组成及硬度的影响
  • 2W04 对陶瓷膜耐腐性的影响'>4.2.5 Na2W04对陶瓷膜耐腐性的影响
  • 4.3 复配添加剂研究及正交优化试验设计
  • 4.3.1 复配添加剂的选择及性能研究
  • 4.3.2 正交优化试验设计
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 复合膜制备工艺及其抗菌性能的研究
  • 5.1 化学镀银工艺的研究
  • 5.1.1 化学镀的基本原理
  • 5.1.2 微弧氧化陶瓷膜化学镀液的主要组成
  • 5.1.3 微弧氧化陶瓷膜化学镀银的前处理工艺
  • 5.1.4 微弧氧化陶瓷膜化学镀银复合膜的特性研究
  • 5.1.5 镀膜沉积速率的影响因素分析
  • 5.1.6 溶液组分对镀液稳定性的影响
  • 5.2 复合膜的性能研究
  • 5.2.1 复合膜硬度分析
  • 5.2.2 复合膜结合性能分析
  • 5.2.3 复合膜的抗菌性能分析
  • 5.3 复合膜抗菌性能的主要影响因素
  • + 浓度对抗菌性能的影响'>5.3.1 Ag+浓度对抗菌性能的影响
  • 5.3.2 表面形貌对复合膜抗菌性能的影响
  • 5.4 复合膜形成机理探讨
  • 5.4.1 化学镀银的反应机理
  • 5.4.2 复合膜结合机制的形成机理
  • 5.5 复合膜的抗菌机理
  • 5.6 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  • 6.1 结论
  • 6.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者在攻读硕士期间的主要研究成果

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