镁合金激光重熔后微弧氧化膜的微观组织和耐蚀性能

为了改善WE43镁合金的耐蚀性能,采用激光重熔(LSM)和微弧氧化(MAO)复合工艺对其表面进行了改性。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)研究了WE43镁合金及其激光重熔层、微弧氧化膜层和激光重熔-微弧氧化膜层的微观组织、表面形貌和物相;通过GAMARY-Reference 600电化学工作站研究了其腐蚀行为,重点研究了镁合金激光重熔后微弧氧化膜层的微观组织、成分和耐蚀性能。结果表明:激光重熔使WE43镁合金晶粒细化、网状的β-Mg41Nd5相均匀分布和表面稀土元素Y及Nd增加,有效地改善了其耐蚀性能;微弧氧化膜和激光重熔后的微弧氧化膜层都可以显著提高WE43镁合金的耐蚀性能,但后者优于前者。     

AZ31镁合金微弧氧化陶瓷层表面Mg(OH)2膜层的制备及耐蚀性

采用不同浓度的NaOH溶液对AZ31镁合金微弧氧化(Micro-arc oxidation, MAO)陶瓷层进行水热处理, 研究了水热溶液浓度对MAO陶瓷层组织结构及耐蚀性能的影响, 探讨了水热成膜及膜层的腐蚀机理。研究结果表明：水热处理过程中MAO陶瓷层表面的MgO部分溶解, 释放出的Mg ²⁺与水热溶液中的OH ^-结合形成Mg(OH)₂纳米片沉淀在陶瓷层表面及孔洞内。随着水热溶液中NaOH浓度的增加, 水热处理过程中形成的Mg(OH)₂将MAO陶瓷层表面的孔洞及裂纹等固有缺陷闭合, 提高了膜层的致密性。电化学实验结果表明, MAO及水热复合处理所制备的Mg(OH)₂/MAO复合膜层比单一MAO陶瓷层具有更好的耐蚀性, 而且随着NaOH浓度的提高, Mg(OH)₂/MAO复合膜层的耐蚀性增强; 浸泡实验结果表明Mg(OH)₂/MAO复合膜层能为镁合金基体提供长久的腐蚀防护保护能力。     

四硼酸钠浓度对6061铝合金微弧氧化涂层结构及性能的影响

采用以四硼酸钠(Na_2B_4O_7·10H_2O)为主的电解液对铝合金微弧氧化可提高膜层的硬度等,但未见系统研究四硼酸钠浓度对微弧氧化膜层结构和性能影响的报道。采用恒电压模式在四硼酸钠碱性溶液中对6061铝合金进行微弧氧化,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对氧化陶瓷层的组织结构进行分析,并考察了四硼酸钠浓度对氧化涂层显微组织、硬度、耐磨和耐蚀性能的影响。结果表明:制备的氧化层由疏松层和致密层组成,其中致密层占总膜厚度的75%以上,且与基体材料形成冶金结合;氧化膜层中出现了γ-Al_2O_3和α-Al_2O_3两相,其中γ-Al_2O_3相较多,γ-Al_2O_3和α-Al_2O_3两相的晶化程度不随着电解液里四硼酸钠浓度的变化而变化;氧化膜层具有高的显微硬度和低的表面粗糙度,二者不随电解液四硼酸钠浓度的变化而变化;微弧氧化后6061铝合金耐磨性和耐蚀性提高。     

封闭对铝合金微弧氧化膜在酸性溶液中耐蚀性的影响

为了提高7A85铝合金的耐蚀性, 采用单极性正脉冲微弧氧化(MAO)技术在其表面制备了陶瓷膜层, 并采用稀土铈盐、铬酸盐和SiO₂溶胶对MAO膜进行封闭处理。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪和电化学工作站研究了封闭处理对膜层表面形貌、结构和在酸性NaCl溶液中腐蚀行为的影响。实验发现, MAO膜在酸性NaCl溶液中不能有效地保护铝合金基体。稀土铈盐和铬酸盐封闭处理通过沉积水合氢氧化物封闭孔隙, 可以提高MAO膜的耐蚀性。但在酸性溶液中, 封孔物质会和H⁺发生反应而溶解, 故经封闭的MAO试样也会发生腐蚀失效。SiO₂溶胶封闭处理后MAO膜表面覆盖一层凝胶, 使膜层成为完整的致密层, 可以保护铝合金基体在酸性NaCl溶液中免受腐蚀。     

铝酸盐体系下反应时间对ZrH1.8表面阻氢膜层制备的影响

采用微弧氧化技术在NaAlO₂电解液体系下制备ZrH_1.8表面阻氢膜层, 采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM), X射线衍射(XRD), 真空脱氢实验对膜层进行表征, 考察不同反应时间对ZrH_1.8表面阻氢膜层的厚度、形貌、相结构以及阻氢性能的影响规律。研究结果表明：当反应时间在7.5~15 min变化时, 膜层厚度由78.4 μm增大至152.8 μm。膜层由单斜相M-ZrO₂、四方相T-ZrO₂以及立方相C-ZrO₂组成, 反应时间对膜层的相组成并无明显影响。阻氢膜层由致密层和疏松层构成, 膜层外侧为疏松层, 靠近基体一侧为致密层。当反应时间为10 min时, 获得的膜层表面平整, 致密性较好, 厚度适中, 膜层的氢渗透降低因子PRF值为20。     

LY12铝合金微弧氧化陶瓷层的结构和性能

分析了LY12铝合金微弧氧化陶瓷膜的形貌、组成和结构,研究了氧化膜的硬度、与基体的结合强度以及在油润滑和干摩擦这两种条件下的摩擦学行为.结果表明,铝合金微弧氧化膜可分为疏松层和致密层,疏松层由α-Al2O3、γ-Al2O3以及Al-Si-O相组成,致密层由α-Al2O3和γ-Al2O3组成,致密层中α-Al2O3的含量远远高于疏松层.从表层到基体,微弧氧化膜的断面显微硬度先增大后减 小.微弧氧化膜与铝合金基体结合紧密.随着膜厚度的增加,氧化膜的临界载荷线性增加.氧化膜具有优良的抗磨性能,油润滑条件下的摩擦系数仅为干摩擦下的1/10.     

AM60B镁合金微弧氧化膜层的结构与性能研究

为了提高镁合金的耐腐蚀性能,用微弧氧化方法在AM60B镁合金表面生成了氧化物膜层.利用扫描电镜、X射线衍射分析了膜层的形貌、结构和组成.研究表明,氧化膜可分为两层,外层疏松多孔,内层结构致密,膜层主要由MgO、Mg2SiO4和少量MgAl2O4相组成,从外层到内层,Mg2SiO4相含量减少,MgO相含量增大.与镁合金基体相比,氧化物膜层表面硬度提高7～8倍. 在质量分数为3.5%NaCl溶液中的动电位极化测试表明,微弧氧化处理使镁合金的耐蚀性能得到了明显提高.     

钛合金表面微弧氧化膜层磨损性能研究

采用微弧氧化技术,以硅酸钠、磷酸钠溶液为电解液,在TC4钛合金表面制备出高硬度、高耐磨的微弧氧化膜层.用扫描电镜观测了膜层的显微结构,用X射线衍射分析其相组成,并对膜层进行了耐磨损和摩擦学性能实验.结果表明,膜层由过渡层、致密层和疏松层3层组成.其相组成主相为Al2TiO5,其次为Al2SiO5,并含有少量无定型SiO2.膜层的维氏硬度为8 470 MPa,是基体硬度的2倍多.采用45#钢作对磨副,载荷为5 kg,磨损时间20 min条件下,膜层的失重为0.25 mg,仅为基体的8%左右.     

电流密度对水泵用7N01铝合金表面MAO膜组织和硬度的影响

为了提高水泵用7N01铝合金MAO膜的性能,在含石墨烯电解液中通过控制不同微弧氧化电流密度制备得到氧化膜并对其组织结构与性能进行了分析.结果 表明:设定更大的电流密度可以制得更厚的氧化膜,膜层厚度和电流密度具有明显的线性变化趋势.在放电阶段,部分石墨烯片层也沉积到了MAO膜内,之后与Al2O3熔体共同发生冷凝,导致膜层厚度增大.当电流密度增大至3 A/dm2后,氧化膜表面形成具有搭桥结构的微孔,在快速冷却阶段形成了更大热应力.石墨烯片会在微弧氧化阶段逐渐扩散到陶瓷膜内,扩散速率的快慢与电流密度的大小存在明显关联.不同电流密度下制得的陶瓷膜都含有Al、α-Al2O3、,γ-Al2O33种组织相,同时还存在Al2Cu物相结构.以1 A/dm2电流密度制得的MAO膜硬度为158.3 HV,当电流密度上升后,膜层硬度也提升.提高电流密度可以使氧化膜形成更致密的结构,且制得的MAO膜和基体之间的结合作用更强.     

钛及钛合金表面微弧氧化技术及应用

微弧氧化(MAO)技术不从外部引入陶瓷物料,而是直接在基体金属表面"原位(In-Situ)"氧化烧结获得氧化物陶瓷层,具有膜层致密性高、与基体结合力强等特点.综述了钛(Ti)及钛合金MAO技术的工艺过程、形成机理、影响因素以及应用领域,简介了采用MAO制备TiO2复合薄膜及其在光催化方面应用的研究结果,以期进一步推动钛合金MAO技术的发展和应用.     

AZ91D镁合金有机复合涂层的腐蚀防护性能

AZ91D镁合金易腐蚀,单项处理防腐蚀效果不大。先分别对其作无铬转化和微弧氧化预处理,再阴极电泳底层,最后喷涂面漆,获得了无铬转化层/阴极电泳层/有机涂层和微弧氧化层/阴极电泳层/有机涂层。采用附着力及铅笔硬度测试、盐雾试验、电化学试验对2种有机复合涂层的形貌、多种性、防腐蚀效果及其机理进行了探讨。结果表明:2种有机复合涂层都能显著提高AZ91D镁合金的耐腐蚀性能,使其自腐蚀电位分别约提高130 mV和80 mV,腐蚀电流密度约降低40%和70%,极化电阻约提高4倍和7倍;2种涂层的附着力达到1级以上,铅笔硬度达到7 H以上;微弧氧化预处理后获得的有机复合涂层的腐蚀防护效果比无铬转化预处理的好。     

2024铝合金表面扫描式微弧氧化工艺研究

本研究利用小功率微弧氧化电源, 通过内充液式管状阴极的逐行扫描, 在2024铝合金样件表面生成微弧氧化陶瓷膜层, 对样件的局部受损部位进行了成功的修复, 从而突破了传统微弧氧化技术不能用于铝合金构件现场局部防护与修复的限制; 利用XRD、SEM、EDS等分析方法对陶瓷膜层的相组成与微观组织形貌进行了研究。利用纳米压痕仪测试了陶瓷膜层的纳米压痕硬度和弹性模量, 用动电位极化曲线测试陶瓷膜层的耐腐蚀性能。结果表明: 在恒电流模式下, 扫描式微弧氧化电压快速升高, 直接进入微弧放电阶段。其一次扫描成膜层厚度17 μm, 相对于传统微弧氧化具有很高的成膜效率。铝合金扫描式微弧氧化陶瓷膜层主要由α-Al₂O₃和γ-Al₂O₃组成, 膜层分为致密层和疏松层, 表面多微孔, 且有微裂纹; 纳米压痕测试结果表明, 陶瓷膜层纳米压痕硬度和弹性模量沿界面向外呈现先增加后减小的变化趋势。动电位极化曲线表明, 扫描式和传统微弧氧化陶瓷膜层都能够对基体起到有效的腐蚀防护作用, 传统微弧氧化陶瓷膜层的腐蚀防护作用高于扫描式。     

ZM6铸造镁合金微弧氧化膜层性能研究

针对ZM6铸造镁合金,为获得综合性能优异的陶瓷膜层,在硅酸钠和氢氧化钠的碱性溶液中,用双向脉冲电源进行微弧氧化处理。采用环境扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)研究陶瓷膜层微观形貌及组成,采用拉伸法、中性盐雾试验、轴向加载疲劳试验等方法研究附着力、耐蚀性及疲劳性能等。结果表明:陶瓷膜层大致由表层疏松层、中间致密层以及内部过渡层组成,表层疏松多孔,过渡层与基体紧密结合。陶瓷层与基体结合好,附着力大于50MPa;微弧氧化处理后,大幅度提高合金耐腐蚀性能,中性盐雾大于336h;陶瓷膜层使基体疲劳性能降低18%。     

NAK80模具钢表面2种激光器熔覆Ni基碳化钨合金层组织结构及耐磨性比较

为了研究激光器对Ni基碳化钨合金熔覆层组织结构和性能的影响,分别采用Nd:YAG与CO2激光熔覆技术在NAK80模具钢表面制备了Ni基碳化钨合金层,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪、显微硬度计以及摩擦磨损试验机测试分析了2种熔覆层的组织结构、显微硬度及耐磨性能。结果表明:2种熔覆层与基体之间均呈现良好的化学冶金结合;熔覆层组织主要为粗大的未熔碳化钨颗粒和均匀分布的树枝晶,Nd:YAG激光熔覆层的组织比CO2激光熔覆层的细小;2种熔覆层相结构主要包括WC,W2C,Cr23C6,NiCr,CrB2以及γ-Ni等;2种激光器熔覆处理后,NAK80模具钢表面硬度和耐磨性都得到显著改善,CO2激光熔覆层的硬度和耐磨性高于Nd:YAG激光熔覆层,2种激光熔覆试样的磨损机制均为磨粒磨损。     

钛合金表面硅酸盐和铝酸盐超声波辅助微弧氧化膜的性能

为了改善钛合金硅酸盐和铝酸盐工作液微弧氧化膜的性能,采用超声波辅助(UA)进行了微弧氧化。分别用硅酸盐和铝酸盐体系工作液在Ti-6Al-4V钛合金表面制备了Al-UA-MAO和Si-UA-MAO膜,研究了各氧化膜的性能。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及磨损、耐腐蚀试验机,对各氧化膜的物相、表面形貌、耐磨及耐腐蚀性能进行了测量和分析。结果表明:本复合工艺可降低微弧放电电压,尤其是硅酸盐体系降低程度更大;在硅酸盐体系工作液中,UA-MAO复合工艺能够更有效地增强氧化膜的密封性、致密性和光整度,其耐磨性较无超声波辅助工艺提高近50%。     

激光熔覆-活化屏等离子体复合处理层耐磨性能研究

为了研究激光熔覆层性能对活化屏等离子体氮化处理层耐磨性能的影响,采用两种铁基合金粉末(Fe90和Fe314)在45钢基体表面进行激光熔覆,然后进行等离子体氮化复合处理,测试涂层干摩擦条件下的磨损性能。研究结果表明:复合处理后,Fe90激光熔覆层的硬度由750HV提高到1350HV,Fe314激光熔覆层的硬度由540HV提高到927HV;在相同载荷(30N)下,Fe90复合处理层的耐磨性提高到1.2倍,而Fe314复合处理的耐磨性降低为原来的42%;复合处理耐磨性能提高的关键在于激光熔覆层与氮化层的合理搭配,熔覆层能够提供足够的支撑。     

激光熔覆原位生成Nb_2(C,N)及V_8C_7陶瓷粒子增强铁基金属涂层

采用5kW CO2激光设备,在42CrMo基体上制备出原位合成Nb2(C,N)及V8C7颗粒增强的铁基复合涂层,研究了熔覆层的组织及性能。结果表明:激光熔覆层主要组成相为α-Fe相、γ-Fe相、Nb2(C,N)及V8C7;增强相颗粒弥散分布在铁基复合涂层中,与母材相比,其磨损失重约为母材的1/8,显著提高了熔覆层的硬度和耐磨性。进一步的抗氧化性实验结果表明,氧化层结构连续致密,与42CrMo基体相比,在750℃/120h恒温氧化后的氧化层的厚度约为基体氧化层厚度的1/8。     

超声辅助微弧氧化Ti-13Nb-13Zr合金制备仿生涂层及其断裂力学性能

为了提高微弧氧化钛合金制备的脆性仿生涂层的断裂力学性能,利用超声辅助微弧氧化复合工艺在Ti-13Nb-13Zr合金表面制备了钙磷生物涂层。通过压痕法测试分析了涂层断裂韧性,采用扫描电镜和X射线衍射仪测试了涂层表面形貌和相组成,并与微弧氧化制备的涂层性能进行了比较,分析了增韧原因。结果表明,引入超声后,微弧放电电压下降了40V,涂层致密层明显增厚;相同电源占空比条件下,超声工艺所制备涂层的断裂韧性相比无超声工艺都有所提高。部分锐钛矿相TiO_2转变为金红石相的相变增韧,超声空化效应引起的涂层致密化和增厚效果,以及微裂纹的均匀分布,是促使涂层断裂力学性能提高的主要原因。该复合工艺实现了微弧氧化钛合金生物涂层的增韧。     

纳米TiO2微粒对2214铝合金微弧氧化膜微观结构及耐磨性能的影响

在含有不同浓度纳米TiO_2微粒的硅酸盐体系电解液中对2214铝合金进行微弧氧化处理,以在2214铝合金表面制备包含TiO_2的复合陶瓷膜。分别使用SEM、EDS、激光共聚焦显微镜、XRD、维氏硬度计、划痕仪和球盘式摩擦磨损试验机对复合陶瓷膜的微观结构、表面粗糙度、相成分、硬度、粘结强度、耐磨性能进行分析。结果表明:复合陶瓷膜主要由γ-Al_2O_3、α-Al_2O_3、莫来石、锐钛矿型TiO_2和金红石型TiO_2组成,且随着电解液中TiO_2微粒浓度的增加,复合陶瓷膜表面的微孔数量显著减少,微孔尺寸显著减小。与不含TiO_2成分的微弧氧化陶瓷膜相比,复合陶瓷膜通过更低的摩擦系数和更小的磨损率展示了更好的耐磨性能。