提高铝合金阳极氧化膜在高温下的抗开裂性能研究

论文摘要

经过封闭后的铝阳极氧化膜应用范围广泛,且具有良好的耐高温性能,但由于氧化膜与铝基体的热传导系数和热膨胀系数相差较大（氧化膜的热膨胀系数和传热系数分别为铝合金基材的20%和10%）,使得在较高温度下氧化膜中产生很大的热应力,氧化膜发生开裂,从而耐蚀性能显著下降。因此,通过研究阳极氧化过程、氧化工艺、膜成分与结构对氧化膜耐热性、封闭工艺、抗开裂性、耐蚀性等性能的影响,深入研究各种因素对氧化膜抗开裂性能的影响、作用机制,以制备出具有耐热、抗开裂并耐腐蚀的阳极氧化膜。本论文以工业纯铝1050A（原L3）为实验材料,研究了阳极氧化工艺条件、氧化电源方式、封闭工艺对氧化膜开裂行为的影响。结果表明:对于工业纯铝,电流密度和氧化时间分别为2A/dm2和1小时时得到的硫酸阳极氧化膜具有较好的抗开裂性能;在磷酸+次亚磷酸钠溶液中得到的氧化膜比硫酸阳极氧化膜显微硬度高;在硫酸+钇盐电解液中直流阳极氧化得到氧化膜表面仅有微量钇元素的存在;而脉冲氧化膜表面凹凸不平,孔洞不规则,氧化膜表面钇元素极其微量;经过溶胶-凝胶法封闭处理后的硫酸氧化膜在加热后,表面裂纹明显增加,且提拉次数越多,裂纹越多。而经溶胶-凝胶法封闭处理后的磷酸氧化膜在加热后,表面未发生开裂。封闭工艺对阳极氧化膜的受热开裂行为有重要影响。研究了硫酸钇脉冲封闭和硝酸铈封闭对工业纯铝阳极氧化膜受热开裂行为及电化学行为的影响。结果表明,通过硫酸钇脉冲封闭,可以将钇元素引入到氧化膜中。与沸水封闭氧化膜加热后表面出现了宽度达1微米左右的粗大的裂纹相比,硫酸钇封闭的氧化膜表层更加致密,其多孔层孔壁的加粗、孔隙减小,氧化膜显微硬度明显提高,使得氧化膜在加热后仅出现一些细小的微裂纹。通过硝酸铈封闭,可以将铈元素引入到氧化膜中,降低封闭过程中的水合作用,使得氧化膜抗开裂性能较沸水封闭有了很大提高。从交流阻抗结果可以看出,与沸水封闭相比,在NaCl溶液中硫酸钇脉冲封闭氧化膜加热前、后的耐蚀性能均有显著提高。硝酸铈封闭的阳极氧化膜加热后的耐蚀性能较沸水封闭氧化膜加热后也有很大提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 铝合金阳极氧化方法
• 1.3 铝合金阳极氧化机理
• 1.4 封闭技术
• 1.4.1 水合封闭
• 1.4.2 重铬酸钾封闭
• 1.4.3 水解盐封闭
• 1.4.4 低温（常温）金属盐封闭法
• 1.4.5 稀土盐封闭
• 1.5 氧化膜的热膨胀系数和内应力
• 1.6 阳极氧化膜的结构与组成
• 1.6.1 阳极氧化膜的结构
• 1.6.2 阳极氧化膜的组成
• 1.7 阳极氧化膜性能的影响因素
• 1.7.1 电解液的影响
• 1.7.2 氧化电压的影响
• 1.7.3 电流参数的影响
• 1.7.4 电解液温度的影响
• 1.7.5 氧化时间的影响
• 1.7.6 铝合金成分的影响
• 1.7.7 阴离子对阳极氧化膜的影响
• 1.7.8 阳离子对阳极氧化膜的影响
• 1.8 阳极氧化膜的受热开裂
• 1.9 论文选题的目的与意义
• 参考文献
• 第二章 实验方法
• 2.1 前言
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验所用的主要试剂和材料
• 2.2.2 试样的前处理
• 2.2.3 阳极氧化膜的制备
• 2.2.4 氧化膜的封闭及加热
• 2.2.5 加热处理方式
• 2.3 分析表征手段
• 2.3.1 氧化膜形貌及成份分析
• 2.3.2 封孔质量检测
• 2.3.3 显微硬度测试
• 2.3.4 XPS分析
• 2.3.5 电化学性能测试
• 2.3.6 氧化膜厚度测量
• 第三章 氧化工艺对氧化膜开裂行为的影响
• 3.1 前言
• 3.2 氧化工艺对氧化膜开裂性能的影响
• 3.2.1 氧化电流和氧化时间对氧化膜开裂性能的影响
• 3.2.2 不同电解液氧化氧化膜对氧化膜开裂行为的影响
• 3.2.2.1 添加剂对硫酸氧化膜的开裂行为的影响
• 3.2.2.2 氧化液为硫酸-硼酸-硼酸钠
• 3.2.2.3 氧化液为磷酸+次亚磷酸钠
• 3.2.3 氧化方式对氧化膜开裂性能的影响
• 3.2.3.1 直流氧化（硫酸+钇盐）
• 3.2.3.2 脉冲氧化（硫酸+钇盐）
• 3.3 封闭条件对氧化膜开裂性能的影响
• 3.3.1 沸水封闭
• 3.3.2 氟化镍封闭
• 3.3.3 硝酸铈溶液封闭处理
• 3.3.4 溶胶-凝胶法封闭
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 钇盐脉冲封闭对氧化膜开裂及耐腐蚀性能的影响
• 4.1 前言
• 4.2 常温钇盐封闭后氧化膜加热前的性能
• 4.2.1 形貌观察与成分分析
• 4.2.2 电化学测试
• 4.2.3 沸腾硫酸钇封闭氧化膜与常温硫酸钇脉冲封闭氧化膜的比较
• 4.2.4 显微硬度的测试
• 4.2.5 封孔质量检测
• 4.3 常温钇盐封闭后氧化膜加热后的性能
• 4.3.1 形貌观察
• 4.3.2 封孔质量检测
• 4.3.3 显微硬度的测试
• 4.3.4 电化学性能测试
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 铈盐封闭对氧化膜开裂行为及耐蚀性的影响
• 5.1 前言
• 5.2 硝酸铈封闭处理对硫酸氧化膜性能的影响
• 5.3 硝酸铈封闭对氧化膜性能的影响
• 5.3.1 封闭时间对氧化膜性能的影响
• 5.3.2 硝酸铈封闭对磷酸氧化膜加热后性能的影响
• 5.3.2.1 硝酸铈封闭后磷酸氧化膜加热后的开裂行为
• 5.3.2.2 硝酸铈封闭的磷酸氧化膜加热后的电化学性能
• 5.3.2.3 XPS分析
• 5.4 结论
• 参考文献
• 第六章 几种离子对氧化膜性能影响的探索
• 6.1 前言
• 6.2 镍离子对氧化膜抗开裂性能的影响
• 6.3 三价铁离子对氧化膜抗开裂性能的影响
• 6.4 锆离子对氧化膜开裂性能的影响
• 6.4.1 表面颜色的比较
• 6.4.2 表面形貌观察
• 6.4.3 极化曲线
• 6.4.4 交流阻抗测试
• 6.5 结论
• 参考文献
• 第七章 总结论
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 导师简介
• 作者简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书