论文摘要
铝合金微弧氧化技术是通过电解液中微等离子体放电作用，使铝合金表面形成硬质陶瓷层的一种新工艺，所形成的陶瓷膜层具有硬度高、绝缘性和耐蚀性好、与基体结合力强等优点。而且纯黑色陶瓷膜具有独特的光学功能和陶瓷性能，在材料的防护、光学性能与装饰方面均有广泛的应用。本课题通过一系列以交流电为电源的铝合金微弧氧化工艺实验，研究了工艺参数对铝合金黑色微弧氧化陶瓷膜成膜规律的影响。采用扫描电镜（SEM）对陶瓷氧化膜微观形貌进行分析。采用销盘式磨损试验机研究了不同电解质组成对氧化膜的耐磨性的影响。对实验数据及现象分析表明，随着H3BO3和KOH溶液浓度的升高，膜层厚度随着增加，而膜层硬度先增大后减小，膜层的黑色饱和度也是先增大后减小，而且黑色饱和度普遍不高。当H3BO3的浓度超过18g／l后，膜层中带有棕色。Na3PO4的加入不仅大大提高了膜层的黑色饱和度，还提高了膜层的耐磨性。随着Na3PO4浓度的升高，膜层厚度随着增加，硬度和黑色饱和度先增大后减小，而黑色饱和度变化较为明显。当Na3PO4的浓度超过4g／l后，会使微弧氧化进入弧光放电区，造成弧光放电，而破坏氧化膜层。随着Na2WO4浓度的升高，膜层厚度随着增加，硬度和黑色饱和度先增大后减小，但是相比Na3PO4降低幅度都很小，尤其是黑色饱和度效果更好。加入Na2WO4后膜层变的致密均匀，在提高耐磨性上效果非常显著。实验过程中如未达到所需的电流密度，难以生成完整的黑色微弧氧化陶瓷膜层。当达到所需电流密度，随着电流密度的增大，生成的黑色陶瓷膜层的厚度也随着增加，硬度和黑色饱和度先增大后有所降低。电流密度不能超过60A／dm2，否则进入弧光放电区。随着氧化时间的增加，生成的黑色陶瓷膜层的厚度也随着增加。微弧氧化明显分两个阶段。第一个阶段主要是无定型氧化膜的生长过程，只生成灰白色和灰黑色的很薄硬度很低的氧化膜；第二个阶段是陶瓷氧化膜的生长过程，试样表面的无定型氧化膜在电火花放电作用下晶化转化为陶瓷氧化膜，此时膜层硬度和黑色饱和度大为增加。