镁合金表面微弧氧化放电现象及氧化膜特性分析

为研究AZ91D表面微弧氧化过程中的放电现象及膜层特性,采用高速摄像机记录微弧氧化试样表面在Na2Si O3-Na OH电解液体系下放电过程的瞬间图像。用扫描电子显微镜(SEM)对微弧氧化膜层截面形貌和表面形貌进行观察,利用X射线衍射仪(XRD)分析膜层的相组成。结果表明:AZ91D合金在微弧氧化稳定阶段,放电过程呈周期性变化规律。AZ91D合金微弧氧化膜层由致密层与疏松层构成,靠近基体一侧为致密层,膜层外侧为疏松层,在疏松层表面存在微孔和裂纹缺陷,膜层最大厚度约为169μm。陶瓷膜层主要由Mg O和Mg2Si O4相组成,且以Mg O相为主。     

电极频率对纯钛表面微弧氧化陶瓷膜特性的影响

采用微弧氧化处理技术在纯钛表面制备了含钙磷的多孔生物活性复合陶瓷膜,研究微弧氧化时的电极频率对复合陶瓷膜的形貌、结构、成分和性能的影响。结果表明：在400-800Hz电极频率下,试样表面均形成了“火山口”喷发特征的含钙磷的多孔陶瓷膜层;膜层厚度随电极频率的升高而减少;膜层主要由锐钛矿相TiO2和金红石相TiO2组成,且金红石相TiO2的含量随电极频率的升高而增多,膜层表面在800Hz时出现大量钙磷盐的沉积,同时非晶现象明显;膜层中的Ca/P值随电极频率的升高而降低;膜层与基体的摩擦力临界载荷值随电极频率的升高呈先升后降的变化规律,在600Hz时的临界载荷值最大。     

纯铝微弧氧化过程的超声波效应

将超声波作用于纯铝微弧氧化处理过程,研究了超声波对于微弧氧化膜层的结构及耐磨、耐蚀性的影响.对陶瓷层厚度进行了测量,通过XRD、SEM、摩擦磨损和电化学分析等方法埘陶瓷层的表面形貌、相结构、耐磨性和耐腐蚀性能进行了测试.结果表明:施加超声波后,气泡从液体中逸m更加迅速,溶液变得清澈.但小功率超声波作用于微弧氧化过程,使恒压模式下微弧氧化的脉冲电流变化不明显,而且对最终膜层的膜厚、相结构、表面形貌及耐磨和耐腐蚀性能的影响也不大.     

电解质对钛合金微弧氧化放电方式和耐磨性能的影响

目的 通过比较添加微量磷酸盐对放电方式的影响,表征各膜层的微观结构与成分组成,研究分析放电方式差异对膜层耐磨性能的影响。方法 在3组电解液中分别进行TC4钛合金微弧氧化,以磨损率为指标判定每组的最优配比。通过扫描电子显微镜(SEM)观察膜层表面与截面微观形貌。使用X射线能量色散谱仪(EDS)分析膜层表面和磨损区域的元素分布情况。使用X射线衍射仪(XRD)表征膜层物相结构组成,通过维氏显微硬度计测量膜层的硬度,使用摩擦磨损试验机进行膜层摩擦学性能测试,并通过三维形貌仪分析磨痕轮廓。结果 在铝酸盐电解液中添加磷酸盐电解质后会增强A、C型放电,减弱B型放电,使制得膜层的缺陷(微孔与微裂纹)明显增多,产生了较厚的疏松层,并且随着电解液中磷酸根离子的增多,放电方式进一步受影响,膜层磨损率也大幅增加。而不添加磷酸盐的20 g/L铝酸盐浓度制备的钛合金微弧氧化膜层在15 N高载荷滑动干摩擦下的摩擦系数为0.6~0.7,磨痕窄且浅,磨损率仅为基体的7.22%。结论 磷酸盐电解质极易引起杂质放电,导致微弧氧化反应时B型放电显著减弱,A、C型放电大幅增加,导致膜层致密性显著降低,严重降低了微弧氧化膜层的耐磨性能。20 g/L铝酸盐电解液制备的钛合金微弧氧化膜层缺陷少、硬度高、厚度大,显著改善了高载荷下钛合金的耐磨性能。     

外电阻对纯钛微弧氧化膜特性的影响

在Na2SiO3-Na3PO4溶液中,研究了恒定电压下通电回路中有、无外电阻对纯钛微弧氧化膜特性的影响。结果表明,MAO膜的生长特性、相组成、表面形貌和处理后样品的耐腐蚀能力受MAO过程中外电阻的影响较大。无外电阻时制备的氧化膜相组成和表面形貌与处理电压U密切相关,当U<450 V时,氧化膜由锐钛矿相TiO2组成,当U≥450 V时,氧化膜由锐钛矿相和金红石相TiO2组成。而有外电阻时制备的氧化膜相组成和表面形貌与U的关系不大, 膜层由锐钛矿相TiO2组成,膜表面的微孔尺寸更小、其分布也更均匀;在30%硫酸溶液中的耐腐蚀测试表明,有外电阻时制备的样品比无外电阻时制备的样品其耐腐蚀性能平均高出40%     

热处理对β钛合金微弧氧化膜特性的影响

通过对Ti-3.5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0.5Fe合金进行热处理,研究热处理工艺对该合金的相组成和电阻率的影响以及对氧化膜的厚度、粗糙度、微观形貌及相组成的影响。结果表明,通过热处理改变Ti-3.5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0.5Fe合金的相组成,热处理后试样的电阻率小幅降低;经850℃固溶热处理后所获微弧氧化膜的厚度和粗糙度最小,分别为48.3和7.45μm;微弧氧化膜微观形貌显示,经750和850℃固溶热处理后的试样,在微弧氧化后,其膜层表面裂纹较少,并且致密;微弧氧化膜主要的组成相为金红石相TiO_2和锐钛矿相TiO_2。     

脉冲占空比对纯铝微弧氧化膜的影响

为研究交流脉冲电源占空比的变化对纯铝微弧氧化的影响,设计了在恒流条件下(J=75mA·cm-2)进行从2%到18%不同占空比下对纯铝进行微弧氧化实验.研究发现,陶瓷膜的主要成分为稳定态的α-Al2O3和亚稳态的γ-Al2O3,随着占空比的提高,α-Al2O3逐渐成为氧化膜的主要成分,而氧化膜的表面则越来越粗糙.当占空比为10%时,得到最大的氧化膜厚度和最佳的氧化膜截面形貌.     

纯铝及其合金微弧氧化陶瓷膜性能分析

分析了纯Al及合金LC9,LY12在偏铝酸钠溶液中微弧氧化陶瓷膜层的相组成、形貌、硬度、耐腐蚀性、抗热震性、结合强度等.结果表明:膜层都由致密层和疏松层两部分构成,Al膜层由α-Al2O3组成,LC9膜层由γ-Al2O3组成,LY12膜层由大量γ-Al2O3和少量α-Al2O3组成;膜层硬度沿截面分布都具有两侧低中间高的变化特点,Al, LY12,LC9膜层的最大硬度值分别为33.4 GPa,22.15 GPa,16.8 GPa.Al膜层耐腐蚀性最差,LY12膜层耐腐蚀性稍好于LC9膜层;膜层抗热震性按LC9＜LY12＜Al依次增强;拉伸断裂都发生在膜层内,膜层与基体结合牢固,膜层内的结合强度按Al＜LC9＜LY12依次增大.     

TiAl基合金微弧氧化工艺特性研究

采用自行研制的设备（100kW），对TiAl基合金微弧氧化的工艺特性了进行研究。结果表明：TiAl基合金进行擞弧氧化时，较适合的溶液为NaAlO2溶液；微弧氧化的过程和膜层的性能受到电流和电压影响，而频率和占空比的影响不大。     

纯铝微弧氧化陶瓷膜组织及耐腐蚀性能

利用微弧氧化技术,在碱性硅酸盐电解液中对纯铝进行表面改性处理,制备均匀致密的陶瓷膜。利用扫描电子显微镜(SEM)观察氧化陶瓷膜表面形貌及横截面组织结构,利用纳米压入硬度测试仪测量陶瓷膜的显微硬度和杨氏模量的分布,运用电化学方法测量陶瓷膜的耐腐蚀性能。结果表明,铝合金微弧氧化陶瓷膜的表面硬度高达25.3GPa,纳米硬度和杨氏模量在陶瓷膜的横截面分布相似,从膜基结合处向膜层表面呈下降趋势。从极化曲线中的腐蚀电势和腐蚀电流来看,微弧氧化处理后,纯铝的抗腐蚀能力得到很大的提高。     

纯铝及其合金微弧氧化陶瓷膜性能分析

分析了纯Al及合金LC9,LY12在偏铝酸钠溶液中微弧氧化陶瓷膜层的相组成、形貌、硬度、耐腐蚀性、抗热震性、结合强度等.结果表明膜层都由致密层和疏松层两部分构成,Al膜层由α-Al2O3组成,LC9膜层由γ-Al2O3组成,LY12膜层由大量γ-Al2O3和少量α-Al2O3组成;膜层硬度沿截面分布都具有两侧低中间高的变化特点,Al, LY12,LC9膜层的最大硬度值分别为33.4 GPa,22.15 GPa,16.8 GPa.Al膜层耐腐蚀性最差,LY12膜层耐腐蚀性稍好于LC9膜层;膜层抗热震性按LC9＜LY12＜Al依次增强;拉伸断裂都发生在膜层内,膜层与基体结合牢固,膜层内的结合强度按Al＜LC9＜LY12依次增大.     

磷酸盐溶液中纯铝微弧氧化陶瓷层磨损特性研究

研究了纯铝在磷酸盐处理液中微弧氧化陶瓷层的生长机理,并分析了陶瓷层的磨损特性.采用扫描电镜和能谱分析仪观察和分析了陶瓷层磨损前后的微观形貌和元素分布,结合TT260测厚仪、数显千分尺分析了陶瓷层的生长规律.利用盘-盘式磨损试验机测试了陶瓷层磨损性能,分析了磨损机理.结果表明:陶瓷层由A1、O、Si、Fe构成,无处理液中的Na、P、N、C、F存在,说明在磷酸盐处理液中纯铝微弧氧化陶瓷层是由基体成分与氧反应烧结形成的氧化物组成.在相同磨损条件下,微弧氧化陶瓷层试样比纯铝试样的耐磨性显著提高,磨损机理为磨粒磨损并带有从裂纹处的片状剥落.     

纯钛表面微弧氧化多孔陶瓷膜的结构特性

采用微弧氧化处理技术和电解液成分的优化设计,在纯钛表面制备了含钙磷的多孔复合陶瓷膜,并考察了陶瓷膜的表面形貌、截面形貌、化学成分、物相构成、生物活性及其与基体的结合强度等特性。研究结果表明:纯钛表面微弧氧化后形成了凹凸不平的多孔陶瓷膜,整个膜层分为表层疏松层、中间过渡层和内部致密层三个区域,总厚度为25～40μm,膜层与基体的界面呈"锯齿状"紧密结合。膜层主要由金红石相TiO2和锐钛矿相TiO2构成;膜层中含有Ca,P,O,Ti四种元素,其钙磷比ω(Ca)∶ω(P)为1.528;膜层中的Ti,Ca,P元素呈梯度分布,由表及里Ti含量逐渐增多,Ca和P含量逐渐减少,O元素分布比较均匀。含钙磷多孔复合陶瓷膜具有良好的生物活性,样品经碱液处理后再在快速钙化溶液(FCS)中浸泡4d即有羟基磷灰石(HA)形成;膜层与基体具有高的结合强度,在450V和600Hz时膜层的临界载荷值高达29.5N。     

电压增幅对镁合金微弧氧化膜层性能的影响

研究了硅酸盐体系微弧氧化过程中,电源电压增幅对放电火花形态及AZ91D镁合金膜层的厚度、表面形貌和耐蚀性有影响。结果表明,随着脉冲电压增加,电弧的弧斑亮度增强、尺寸变大,但数目减少,大弧倾向增加;微弧氧化膜层的厚度增厚,但成膜速率降低;膜层表面熔融物颗粒增大,表面孔径增加,粗糙度增加;腐蚀率呈现出先减小后增加的趋势。当电压增幅为100~150 V时,其过程稳定性、成膜速率、膜层外观质量和耐蚀性等方面的综合性能相对最优。     

阴阳极电流密度比对7075铝合金微弧氧化陶瓷膜特性的影响

在硅酸钠、六偏磷酸钠复合电解液中,采用微弧氧化技术在7075铝合金表面原位生长出氧化铝陶瓷膜,研究了阴/阳极电流密度比对陶瓷膜厚度、表面及截面形貌、相组成及耐蚀性等的影响。结果表明:陶瓷膜的厚度、微观形貌、相组成及含量与阳极电流密度和阴阳极电流密度比密切相关,7075铝合金经微弧氧化处理后腐蚀电流密度降低2~4个数量级,耐腐蚀性能大幅提高。     

NaOH对铝合金微弧氧化膜特性的影响

在Na₂SiO₃电解液体系下,对ZAlSi12Cu2Mg1微弧氧化膜的形成进行研究,通过改变NaOH的含量,研究了其对电解液的电导率、微弧氧化的临界起弧电压、膜层特性及微观形貌的影响。并测定了氧化膜的相组成。结果表明：NaOH含量从1.0 g/L到3.0 g/L变化时,电解液的电导率由14.00 ms/cm几乎呈线性增大到26.28 ms/cm,正向临界起弧电压由360 V呈线性降低下降到290 V;含量从1.0 g/L增大到2.5 g/L时,膜厚从92 μm迅速增加到125 μm。含量超过2.5 g/L,膜厚减小,致密层所占比例下降。XRD分析表明：氧化膜层中主要由莫来石、SiO₂和α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃和WO₃相。     

电流密度对镁合金微弧氧化过程及氧化陶瓷膜性能的影响

在含有硅酸钠、氟化钠、甘油的电解液中以恒电流方式对镁合金进行微弧氧化。考察了电流密度对放电电压、起火时间及陶瓷膜厚度的影响。利用扫描电镜观察了在不同电流密度下形成的陶瓷膜的表面形貌；通过电化学交流阻抗测量了不同电流密度下得到的陶瓷氧化膜的耐蚀性能。结果表明：在恒电流微弧氧化过程中，依据电压．时间曲线，可简单地分为电压持续增长阶段和电压基本稳定阶段，且随着电流密度的增加，曲线斜率逐渐增大：电流密度的增大，可以降低起火时间，增加陶瓷氧化膜的厚度，但对放电电压并没有明显的影响：随着电流密度的增大，陶瓷层表面微孔数量减少．孔径增大，呈现出的熔融状态更为明显；陶瓷氧化膜的耐蚀性随着电流密度的升高呈现先增强后减弱的趋势。     

纯铝微弧氧化陶瓷层的相组成及性能

采用微弧氧化设备,在电压410 V、Na2SiO3浓度80 g/L、电流10 A、氧化时间12 min条件下,在纯Al表面获得了厚度为22 μm的陶瓷膜层.采用X射线衍射及扫描电镜并结合能谱仪研究了膜层的相组成、形貌及化学成分;分析了膜层相组成的形成机制.研究表明:膜层表面凸凹不平,它由膜层基体和大量的孔洞组成,主要包含O、Si、Al元素.组成相包含非晶相和晶相,非晶相包含SiO2和Al2O3,晶相为Al相.膜层的粗糙度为2.0 μm,显微硬度为2 200 HV,绝缘电阻值为5 MΩ.     

Mg-7Li合金微弧氧化过程放电规律及涂层耐蚀性分析

文中采用高速摄影机、原子力显微镜和电化学工作站研究了Mg-7Li合金表面微弧氧化过程的放电规律以及涂层的耐蚀性.结果表明,在硅酸钠溶液中,微弧氧化电源一个脉冲周期内同一位置的放电击穿持续到脉冲结束;不同脉冲周期内,放电击穿反复在同一位置进行,其断续时间达到160 ms以上.表面制备微弧氧化涂层合金的电极电位比基体提高了78.1 mV,腐蚀电流密度降低2个数量级,显著提高了镁锂合金的耐蚀性.     

钛合金微弧氧化对其性能的影响及微弧氧化镀层的特殊性能

应用淬火试验可比较各种淬火剂性能，监测冷却特性变化，延长其使用寿命。并可作为热处理工序的监控手段，为调查和解决热处理生产中的有关问题，提供一种快速有效的方法。