Al-Si合金Al2O3-ZrO2微弧氧化层生长及性能测试

针对单一Al2O3微弧氧化层不能满足基体Al-Si合金使用要求的问题,采用微弧氧化法在Al-Si合金表面制备了Al2O3-ZrO2复合陶瓷层,研究了涂层的组成、结构及生长过程;测试了涂层的隔热温度.研究结果表明：在Al-Si合金试样表面微弧氧化30 min后,涂层的表面形成＂火山喷射状＂组织形貌,截面由疏松层、致密层、过渡层组成;涂层由-αAl2O3,γ-Al2O3,m-ZrO2和t-ZrO2组成,t-ZrO2为涂层的主晶相,膜层的生长分为匀速生长阶段和缓慢生长阶段;膜层隔热温度可达30℃.     

Na2SiO3含量对等离子体电解氧化Al2O3-ZrO2复合陶瓷层形成机制的影响

铸造Al-Si合金表面ZrO2陶瓷层可有效提高基体的隔热及抗高温氧化性能,采用等离子体电解氧化方法在Al-Si合金表面制备了氧化锆涂层.涂层的组成、结构通过SEM、XRD进行研究.结果表明:K2ZrF6体系成膜速度较快,30min膜厚可达92μm,膜层表面和截面没有明显的等离子体放电形成的微孔,大量聚集的Zr(OH)4在等离子体放电产生的热化学作用下分解为ZrO2,表面出现大量2μm～5μm的陶瓷颗粒.K2ZrF6复合Na2SiO3体系成膜速度较慢,30min膜厚仅为27μm,表面和截面存在较多喷射状孔洞,随着溶液浓度的增大,成膜速度均呈先增后减的趋势.K2ZrF6复合Na2SiO3体系中,陶瓷层主要由α-Al2O3、γ-Al2O3、Al2(OH)3F3和m-ZrO2组成,α-Al2O3为陶瓷层的主晶相.K2ZrF6体系中陶瓷层的主要成分为t-ZrO2、m-ZrO2、α-Al2O3和γ-Al2O3,t-ZrO2为涂层的主晶相.涂层中m-ZrO2较少,而t-ZrO2含量高,表明生成的α-Al2O3起到稳定高温相t-ZrO2的作用.     

MgO和SiO_2对2Al2铝合金微弧氧化膜耐磨性能的影响

采用微弧氧化技术,对2Al2铝合金表面进行处理。在KOH和Na2SiO3电解液中分别添加MgO和SiO2粉末,使铝合金表面生成复合陶瓷膜,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析膜层的微观形貌和物相组成并对膜层进行耐磨性能分析。结果表明,添加MgO粉末生成的陶瓷层在微弧氧化过程中与Al2O3发生反应生成铝镁尖晶石,使陶瓷膜变得光滑,而添加的SiO2粉末附着在缺陷和微孔周围,两种粉末的添加增加了微弧氧化陶瓷膜的耐磨性能。     

添加Y(NO_3)_3电解液体系MAO陶瓷层组织和隔热性能研究

为研究电解液中Y(NO_3)_3对微弧氧化陶瓷层组织、生长速率及隔热性能的影响,通过微弧氧化技术在锆盐体系和锆钇盐体系电解液中于Al-Si合金表面制备ZrO_2-Al_2O_3陶瓷层和Y_2O_3-ZrO_2-Al_2O_3陶瓷层.采用环境扫描电子显微镜和X射线衍射仪分别对陶瓷层进行了表面、截面形貌分析,以及物相组成分析.利用涡流测厚仪测量不同反应时间段的膜厚,分析两种体系陶瓷层生长速率.通过自制隔热测试装置对两种不同体系陶瓷层进行了隔热性能测试.结果表明:ZrO2-Al2O3陶瓷层表面由胞状熔融物烧结而成,粗糙度较大,并分布着孔径较大的放电通道,膜厚约20μm;而Y_2O_3-ZrO_2-Al_2O_3陶瓷层表面由细小颗粒组成,粗糙度较小,且陶瓷层更加致密,厚度增大到28μm.两种体系陶瓷层均形成了ZrO_2及Al_2O_3相,在约20°~30°范围之间出现明显的"馒头包"现象,说明陶瓷层中均含有非晶成分;但锆钇盐体系陶瓷层中形成了钇部分稳定锆的固溶体(Y2O3和Y0.15Zr0.85O1.93),且Y_2O_3-ZrO_2-Al_2O_3陶瓷层的衍射峰"馒头包"现象更为严重,非晶成分含量更高,说明电解液中Y(NO_3)_3的加入提高了反应温度.Y_2O_3-ZrO_2-Al_2O_3陶瓷层生长速度大于ZrO_2-Al_2O_3陶瓷层,主要表现为向外生长厚度明显增大.ZrO_2-Al2O3陶瓷层与Y_2O_3-ZrO_2-Al_2O_3陶瓷层的隔热温度分别为45.9℃和53.4℃,说明后者具有更优的隔热效果.     

Na2WO4对铝合金表面微弧氧化陶瓷层性能的影响

在稳定的H3BO3-KOH体系电解液中，研究了0～6 g/L添加剂Na2WO4对LY12铝合金表面微弧氧化反应过程以及陶瓷层性能的影响。利用槽压时间函数表征微弧氧化过程，通过X射线衍射和扫描电镜等测试手段分析陶瓷层显微结构和相组成。结果表明，只有添加了Na2WO4，微弧氧化反应才能进行；Na2WO4参与了铝表面微弧氧化反应，反应后陶瓷层的最终相组成为α-Al2O3和γ-Al2O3，并有少量钨沉积；随着Na2WO4质量浓度的提高，陶瓷层的厚度和陶瓷层中α-Al2O3的质量分数均下降，使陶瓷层的硬度和耐磨性能略有下降，但仍达到实际应用的要求。     

ZrO_2纳米粉对Al-Si合金微弧氧化陶瓷层组织和性能的影响

为提高铝硅合金在高温环境下的服役寿命,文中通过微弧氧化技术在硅酸盐体系电解液中于Al-Si合金表面制备ZrO_2-Al_2O_3陶瓷层。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分别对陶瓷层进行了表面、截面形貌以及物相组成分析。利用涡流测厚仪测量不同ZrO_2加入量的膜厚,分析ZrO_2-Al_2O_3体系陶瓷层的生长速率,通过自制隔热装置对陶瓷层进行隔热性能测试。研究结果表明:Al_2O_3陶瓷层表面由许多胞状熔融物烧结而成,粗糙度较大,并分布着孔洞较大的放电通道,膜厚约10μm;ZrO_2-Al_2O_3陶瓷层表面除了胞状熔融物还有细小的颗粒,粗糙度较小,且陶瓷层更加致密,膜层厚度达到25μm。两种体系陶瓷层均形成了Al_2O_3及SiO2相,且在15°～50°范围内出现"馒头包"现象,说明陶瓷层中有非晶成分,但ZrO_2-Al_2O_3陶瓷层中衍射峰"馒头包"的现象更为严重,非晶成分含量更高,说明在微弧氧化过程中ZrO_2纳米粉的加入有利于亚稳相γ?Al_2O_3的形成。陶瓷层生长速度研究结果表明,电解液中ZrO_2的浓度越大,陶瓷层厚度越厚,生长速度先增大后减小。隔热性能测试结果显示,随ZrO_2含量的增多,陶瓷层的隔热温度升高,ZrO_2的加入对涂层的隔热起到增强的作用。     

电压对纯钛微弧氧化膜生长特性的影响

在Na2CO3Na2SiO3溶液中,利用单极性脉冲微弧氧化电源在TA2基底上制备了二氧化钛氧化膜.研究了微弧氧化电压对氧化膜生长速率、相组成及表面形貌的影响.结果表明:随着电压的升高,氧化膜的生长速率先增加后减小,表面粗糙度和微孔尺寸逐渐增大,而微孔密度逐渐减小.膜层主要由锐钛矿和金红石相TiO2组成,随着电压的增加,膜层中锐钛矿相TiO2先增加后减少,而金红石相TiO2则逐渐增加并成为主晶相.     

铝合金微弧氧化陶瓷膜研究

在硅酸盐电解液中采用微弧氧化法在2024铝合金表面形成氧化物陶瓷膜．分别用扫描电镜、X射线衍射仪研究了陶瓷膜的组织形貌和相组成．相对致密均匀的膜层主要由α—Al2O3,γ-Al2O3和少量的非晶相物质组成．陶瓷层纳米硬度从内部到外部呈下降趋势．     

微弧氧化过程中不同阶段超声波作用对陶瓷层的影响

研究发现在微弧氧化过程中引入超声波作用能够提高陶瓷层生长速率和质量。本文通过在微弧氧化过程的不同阶段引入超声波作用,将超声波引入时间细化,来研究超声波对不同时期微弧氧化的作用。利用XRD、SEM以及电化学分析等方法对陶瓷层断面形貌、元素含量分布、相组成、表面形貌和耐蚀性进行了分析,结果表明超声波对微弧氧化各阶段都有影响。超声波的引入促进陶瓷层厚度的增加,尤其是在后期引入超声波,厚度增加最大;前期引入超声波,陶瓷层内γ-A12O3含量增加,Si、P元素含量最高,陶瓷层质量最好,耐蚀性能也最好;后期引入超声波陶瓷层内α-A12O2相含量最高。     

偏铝酸盐溶液纯铝阳极微弧氧化膜的影响因素

利用阳极微弧氧化技术在纯铝表面制备了陶瓷膜,研究了偏铝酸盐体系下,影响氧化陶瓷层生长的因素,并分析了电解液浓度、氧化电压、电流密度及氧化时间对阳极微弧氧化陶瓷层生长的影响.得到了电解液浓度、电压、电流密度及氧化时间对氧化膜成膜的关系曲线.利用SEM分析了铝合金阳极微弧氧化陶瓷层的表面微观形貌.实验结果表明:陶瓷层表面宏观粗糙度及膜层表面微观形貌受电参数和氧化时间的影响较大.最佳的工艺参数为:电解液浓度为30g/L、电压350V、电流密度1.5A/cm2、氧化时间控制在25min以内.     

微弧氧化时间及添加剂浓度对TC4合金微弧氧化膜的影响

采用微弧氧化技术在TC4合金表面制备陶瓷氧化膜,用扫描电镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)研究微弧氧化时间和添加剂浓度对膜层表面形貌及其指标和物相组成的影响。结果表明,当微弧氧化时间由10min增加至40min时,膜层表面的粗糙度增加,其厚度由8. 6μm增加至14. 3μm,表面孔密度减小,膜层中金红石相的含量增加。随着添加剂浓度由3g/L增加至7. 5g/L,膜层的平整度及其厚度呈现明显的下降趋势,而孔隙率和表面孔密度两个指标则呈现增加趋势,这种影响在膜层的物相变化中并不明显。     

钛合金表面两步法微弧氧化陶瓷层制备及性能研究

采用两步法在Ti6Al4V合金表面进行微弧氧化实验,制备高性能改性层,在电参数和氧化时间一定的情况下,探究添加剂的投入顺序对微弧氧化陶瓷膜层的理化性能影响。用扫描电镜、XRD衍射仪、摩擦磨损试验机、电化学工作站分别观察组织形貌,分析相组成、耐磨性、耐腐蚀性以及膜层间的结合性能。结果表明:第一步添加Na_2B_4O_7,第二步添加Cr_2O_3时,膜层表面光滑平整;相组成中存在NaBH_4;膜层的耐磨性达到最佳,摩擦系数下降到0.3左右,两次膜层结合性能较好;腐蚀电位从-0.75上升到-0.65V。     

SiC_p/Al复合材料微弧氧化膜微观形貌及耐蚀性研究

用电化学方法研究碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiC_p/Al)的微弧氧化膜在3.5%NaCl水溶液中的耐蚀性,以铝合金为对比;采用SEM、EDS和涂膜结合力检测等方法观察其膜层的微观形貌,测量其膜层附着力。研究结果显示:SiC_p/Al膜层在膜厚、膜基结合和表面微观形貌上皆优于铝合金;动电位极化曲线(Tafel)及电化学阻抗(EIS)测试结果表明,该膜层具有更低的腐蚀电流密度;SiC_p/Al微弧氧化膜表面有很多熔融堆积物,具有良好的附着力及耐蚀性。     

磷酸盐浓度对微弧氧化陶瓷膜耐腐蚀性能的影响

为探讨Ti6Al4V合金在不同浓度磷酸盐体系中进行微弧氧化(MAO)后的性能,本实验利用X射线衍射仪、扫描电镜、涡流测厚仪以及电化学工作站等对生成膜层的物相组成、显微形貌、厚度以及耐腐蚀性能等进行研究.结果表明:所制备的微弧氧化膜结构呈表面粗糙,内部致密,含锐钛矿、金红石以及少量羟基磷灰石.随磷酸二氢钾浓度升高,金红石及羟基磷灰石相增多;微弧氧化膜厚度增大到一定值后不再发生变化;微弧氧化致密层与疏松层比例发生变化,增厚的疏松层表面孔增多且孔径增大,降低了膜层的耐腐蚀性能.     

直接金属氧化法制备SiCp/Al2 O3-Al复合材料的微观结构与工艺性能的研究

采用直接金属氧化法制备了SiC颗粒增强Al2O3-Al基复合材料。借助XRD和光学金相显微镜对该复合材料的组成及微观结构进行了观察，分析了SiO2层、合金成分和温度制度对复合材料性能的影响。结果表明该复合材料结构致密且渗透完全，微观结构由3种相互穿插相组成，即SiC预制体、连续的Al2O3基体及呈网状结构分布的未被氧化的残余Al。     

急冷Al-Cr合金低温氧化制备自修复α-Al2O3薄膜

为了在750℃下制备自修复α-Al2O3薄膜,对Cr质量分数为8%和18%的急冷Al-Cr合金在大气气氛中670～720℃下进行氧化,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和能谱分析(EDS)对氧化膜进行分析.结果表明,Cr质量分数为8%的急冷Al-Cr合金主要由Cr固溶于Al的单相组织构成,质量分数为18%的急冷Al-Cr合金则为Al上分布Al45Cr7的双相组织.急冷Al-Cr合金可以在720℃的低温下通过氧化制备出薄且致密的α-Al2O3膜,合金的基体组织对氧化结果无明显影响,但Cr质量分数较高时,α-Al2O3膜中固溶有少量的Cr.此外,XRD检测结果表明,试样的表面粗糙度有利于获得α-Al2O3.     

铝合金表面油胺/微弧氧化复合膜层的耐磨性

为提高铝合金表面耐磨性能,采用微弧氧化(MAO)技术在硅酸盐电解液中对2024铝合金进行表面处理,制备微弧氧化陶瓷层;然后通过浸泡法在陶瓷层表面覆盖一层油性涂层,形成复合膜层,以期提高铝合金表面耐磨性能。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别观察复合膜层的表面形貌及物相组成;利用原子力显微镜AFM测试复合膜层的表面粗糙度;利用摩擦磨损试验仪分析复合膜层的摩擦系数。在SEM的观察下复合膜层比微弧氧化陶瓷层更为平整。另外,AFM的结果显示复合膜层的表面粗糙度比微弧氧化陶瓷层降低了73%左右;摩擦磨损检测显示复合膜层的摩擦系数在0.1左右,波动幅度较小,而微弧氧化陶瓷层和铝合金的摩擦系数达0.4左右,波动幅度较大。     

钛表面微弧氧化TiO_2/HA复合层的制备

为提高钛植入体材料的生物相容性,对钛表面进行微弧氧化处理,在钛表面生成了不同形貌的羟基磷灰石(HA).在氧化时间、频率和占空比一定,电解液中钙磷比为2时,通过对不同电压微弧氧化后钛表面的氧化层进行SEM、EDS、XRD、粗糙度和接触角检测,分析电压对氧化层的形貌、元素、物相组成、表面粗糙度和润湿性的影响;对不同电压、电流、电解液浓度微弧氧化的氧化层进行SEM观察,探究电压、电流和电解液浓度对HA的形成的影响;并探讨了HA的形成速率变化.结果表明:电压、电流和电解液浓度任意两个变量固定,另一变量增加到一定值均可在钛表面生成HA,且三者任一变量增加均可提高HA在氧化层表面的形成速率;电压增加可使表面粗糙度增加,并有效减小材料表面的接触角,提高材料的润湿性.     

Ti6Al4V钛合金微弧氧化工艺研究

采用直流稳压电源,选用3种不同PH值的碱性微弧氧化电解液,在Ti6Al4V钛合金表面制备微弧氧化膜层;应用扫描电子显微镜分析微弧氧化膜层形貌特征。结果表明,钛合金微弧氧化膜层表面凹凸不平,带有微米级和亚微米级的孔洞,孔洞周围呈现火山丘状形貌特征;微弧氧化电解液PH值越大,火花放电时间越长;在给定电压条件下,电解液PH值越大,微弧氧化膜层厚度越大。     

微波加热法合成蜂窝状堇青石载体Al2O3涂层

采用微波加热法在堇青石蜂窝陶瓷基体表面涂覆多孔Al2O3涂层,研究了制备条件对堇青石蜂窝陶瓷表面Al2O3涂层中Al2O3的质量分数的影响。通过BET、SEM对涂层结构及形貌进行了表征,结果表明,采用微波加热法制备的Al2O3涂层均匀、稳定,具有较大的比表面积、孔容和较高的Al2O3质量分数。