电参数对ZAlSi12Cu2Mg1合金微弧氧化陶瓷膜层形成的影响

论文摘要

ZAlSi12Cu2Mg1合金具有铸造流动性好、无热裂倾向、热膨胀系数小等优点,是一种重要的工程材料。但由于其耐磨性、耐蚀性、耐热性较差,使用寿命短,限制了其广泛应用。如采用微弧氧化技术在其表面形成致密陶瓷层,则有望改善上述性能。目前对铸造铝合金表面微弧氧化过程研究较少,为此,对铸造铝合金表面进行微弧氧化研究很有必要。本文采用WHD-30多功能微弧氧化电源进行微弧氧化,通过控制电源电参数在ZAlSi12Cu2Mg1合金表面获得了陶瓷层。测试了陶瓷膜层厚度、陶瓷膜层平均硬度,采用XRD、SEM、TEM分析了陶瓷膜层相结构及表面形貌。研究结果表明,电解液组成为Na2SiO3 8.0 g/L+NaOH 2.0 g/L+Na2EDTA 2.0 g/L,正/负向电压为420/110V,电源频率控制在100Hz在时,可获得性能较好的陶瓷膜层。其厚度为147μm,硬度为HV550.6,膜层主要由γ?Al2O3、α?Al2O3和Al 2SiO5组成;陶瓷层的形成包括氧化过渡阶段和氧化烧结阶段。在氧化过渡阶段,试样表面生成一层以非晶Al2O3为主的非晶膜层,以向外生长为主;在氧化烧结阶段,新形成的Al2O3熔融物与部分先形成的非晶Al2O3膜发生液相烧结反应,烧结形成以晶体Al2O3为主的陶瓷层,以向内渗透氧化为主。在上述电解液中加入添加剂A,可明显改善成膜过程的稳定性,微弧氧化反应过程中噪音减弱,电离气体也减少;电解液无浑浊现象产生,可重复利用。XRD分析结果表明,膜层中α?Al2O3相的含量较未加入添加剂A的含量要高,这说明其有助于陶瓷膜层中α?Al2O3相的形成。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 ZAlSi12Cu2Mg1 合金的性能
• 1.2 铝及其合金传统的表面处理
• 1.3 微弧氧化技术
• 1.3.1 等离子体的概念及氧等离子体
• 1.3.2 微弧氧化技术特点
• 1.3.3 发展历史
• 1.3.4 研究现状
• 1.3.5 电击穿理论发展
• 1.3.6 微弧氧化技术的基本原理
• 1.3.7 微弧氧化技术优缺点
• 1.3.8 微弧氧化技术的应用领域及前景
• 1.4 选题目的及意义
• 1.4.1 选题目的
• 1.4.2 选题意义
• 1.5 课题研究内容及技术路线
• 1.5.1 课题研究内容
• 1.5.2 预期达到目标
• 1.5.3 技术路线
• 第二章 试验方法及过程
• 2.1 试验设备
• 2.1.1 电源模式介绍
• 2.1.2 试验电源装置
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 影响微弧氧化陶瓷膜制备的因素及其确定
• 2.2.2 试验方案
• 2.3 微弧氧化陶瓷层分析测试
• 2.3.1 膜层厚度检测
• 2.3.2 硬度检测
• 2.3.3 相分析
• 2.3.4 膜层生长方向观察
• 2.3.5 试样表面及横截面形貌观察
• 2.3.6 试样结构分析
• 第三章 试验结果及分析
• 3.1 电参数对 ZAlSi12Cu2Mg1 合金微弧氧化陶瓷膜层形成的影响
• 3.1.1 负向电压对膜层形成的影响
• 3.1.2 ZAlSi12Cu2Mg1 合金微弧氧化过程中频率对膜层形成的影响
• 3.1.3 初始氧化时间对微弧氧化膜层形成的影响
• 3.2 ZAlSi12Cu2Mg1 微弧氧化过程中陶瓷膜层的形成和生长
• 3.2.1 试验现象描述
• 3.2.2 膜层横截面形貌
• 3.2.3 膜层表面形貌
• 3.2.4 膜层厚度的变化
• 3.2.5 微弧氧化熄弧时正/负向电流密度的变化
• 3.2.6 微弧氧化膜的生长过程分析
• 3.2.7 微弧氧化陶瓷层烧结理论
• 3.2.8 膜层横截面显微形貌观察和能谱分析
• 3.3 电解液中加入添加剂 A 改善 ZAlSi12Cu2Mg1 微弧氧化过程
• 3.3.1 试验中特殊现象
• 3.3.2 氧化时间和电流变化
• 3.3.3 膜层厚度变化
• 3.3.4 显微硬度变化
• 3.3.5 表面形貌分析
• 3.3.6 X 衍射分析
• 第四章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 个人简历