铝及其合金新型表面处理工艺研究

论文摘要

铝由于其优异性能而广泛应用于航天航空、汽车、电子、家电等领域,但由于铝的耐腐蚀性能和装饰性能较差,在应用以前需要经过表面处理。阳极氧化是提高铝表面耐腐蚀、耐磨性和装饰性能的有效表面处理方法之一。传统的铝阳极氧化技术存在工艺复杂、成本高、氧化电解液对环境不友好等缺陷。本文针对上述问题,本论文采用新型的电化学表面处理技术,将阳极氧化与等离子增强电化学沉积有机地结合在一起,在铝合金表面快速形成一层集氧化物与沉淀物为一体的表面转化膜,并进一步研究了铝阳极氧化膜经磷酸溶液交流扩孔后对氧化膜电解着色的影响。研究工作主要包括以下几个方面:(1)采用电化学阳极火花沉积的表面处理技术,在含有钨酸盐的复合电解液中,形成了铝表面复合转化膜,将阳极氧化与等离子增强电化学沉积有机地结合在一起,在铝合金表面快速形成一层集氧化物与沉淀物为一体的表面转化膜。扫描电子显微镜对膜层观察发现,钨酸盐体系所成的转化膜表面间呈现不规则空隙,孔洞的直径大约为1μm。结果表明,此膜层具有优良的表观质量和良好的耐蚀性能。(2)研究了铝阳极氧化膜经磷酸溶液交流扩孔后对氧化膜电解着色的影响。结果表明,铝阳极氧化膜经磷酸溶液交流扩孔后,氧化膜的电解着色性能发生了明显变化。改变交流氧化扩孔的电解参数和工艺条件,可获得黄色、灰色、绿色、古铜色、蓝色等多种色调的氧化膜。扫描电镜结果表明,经磷酸溶液交流扩孔后,多孔氧化膜孔径可增大一倍以上;电解着色并未引起膜表面微观形貌的明显变化。所得最佳扩孔工艺条件为:磷酸浓度90～110 g/L;扩孔电流密度1.5～1.75 A/dm~2;电压5～10 V;时间8～12 min;温度20～30℃。(3)将超声波应用于铝的阳极氧化处理,研究了超声波对氧化工艺参数,氧化膜层性能的影响。结果表明,超声波可增加氧化膜的生长速率,提高阳极氧化温度与氧化电流密度的上限值,可实现在较高温度和大电流密度下对铝进行阳极氧化。超声波作用下获得的铝氧化膜层表面孔隙率低,膜的厚度与硬度都较不加超声波体系有明显提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 铝的性能和用途
• 1.2 阳极氧化法
• 1.3 阳极氧化膜的性能
• 1.3.1 氧化膜的多孔性
• 1.3.2 氧化膜的吸附性能
• 1.3.3 氧化膜的耐磨性
• 1.3.4 氧化膜的绝缘性
• 1.3.5 氧化膜的耐蚀性
• 1.4 铝阳极氧化方法
• 1.4.1 硫酸阳极氧化法
• 1.4.2 草酸阳极氧化工艺
• 1.4.3 铬酸阳极氧化法
• 1.4.4 其他氧化法
• 1.5 化学氧化法
• 1.5.1 碱性铬酸盐法
• 1.5.2 铬酸盐法
• 1.5.3 磷酸-铬酸盐法
• 1.5.4 磷酸盐成膜法
• 1.6 阳极氧化膜的电解着色
• 1.6.1 一步电解着色法
• 1.6.2 二步电解着色技术
• 1.6.3 其它着色新技术
• 1.7 超声波技术及其在电化学中的应用
• 1.7.1 超声波技术发展
• 1.7.2 超声波技术在电化学中的应用
• 1.8 课题选择的意义和内容
• 第2章 铝表面电化学阳极火花沉积钨酸盐复合转化膜
• 2.1 试验部分
• 2.1.1 试验仪器
• 2.1.2 转化膜的制备
• 2.1.3 膜层性能检测
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 铝在钨酸盐体系中的火花放电阳极氧化膜的形成过程
• 2.2.2 工艺参数对膜层性能的影响
• 2.2.3 电化学阳极火花沉积钨酸盐复合转化膜与其他氧化膜的比较
• 2.2.4 膜层的微观形貌观察
• 2.3 结论
• 第3章 交流扩孔处理对铝阳极氧化膜电解着色影响的初步研究
• 3.1 试验部分
• 3.1.1 实验装置
• 3.1.2 工艺流程
• 3.2 结果和讨论
• 3.2.1 扩孔对铝氧化膜微观形貌的影响
• 3.2.2 扩孔对铝氧化膜电解着色的影响
• 3.3 结论
• 第4章 超声波对铝阳极氧化工艺及膜层性能的影响
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验装置
• 4.1.2 膜层形貌分析
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 超声波对阳极化特性曲线的影响
• 4.2.2 超声波对电解工艺参数的影响
• 4.2.3 超声波对膜层形貌的影响
• 4.2.4 超声波对铝阳极氧化作用机理的讨论
• 4.3 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录