铝合金表面微弧氧化陶瓷层耐磨性

利用微弧氧化技术在7075铝合金表面形成微弧氧化陶瓷膜层,通过SEM、XRD手段分析了微弧氧化陶瓷层的显微结构、表面形貌和相组成,并在HIT-Ⅱ摩擦磨损试验机上测试了陶瓷膜层的摩擦学性能.结果表明:7075铝合金表面的微弧氧化陶瓷膜层由疏松层、致密层构成,其相组成主要是α-Al2O3和γ-Al2O3两相;氧化陶瓷层与基体结合良好,厚度为25～45μm,表面硬度可达到1900HV0.1左右;微弧氧化表面处理技术可以显著提高铝合金的表面耐磨性,在与GCr15钢球对磨时,膜层具有较低的磨损率,但摩擦因数相对较高.     

硅酸盐体系电解液浓度对ZrH_(1.8)表面微弧氧化陶瓷层的影响

采用恒压模式分别在不同浓度Na2SiO3电解液体系下对ZrH1.8表面进行微弧氧化处理,利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、膜层测厚仪测试了陶瓷层的相结构、表面形貌、截面形貌及厚度,通过真空脱氢实验评估了陶瓷层的阻氢性能。研究结果表明:当Na2SiO3浓度在6~14 g/L变化时,陶瓷层的厚度在25~61μm范围内。随着Na2SiO3浓度的增加,电解液的电导率线性增大,微弧氧化陶瓷层厚度逐渐减小。氢化锆表面微弧氧化陶瓷层由致密层和疏松层构成,靠近基体一侧为致密层,陶瓷层外层为疏松层,在疏松层中存在空洞和裂纹缺陷。陶瓷层由单斜相氧化锆(M-ZrO2)和四方相氧化锆(T-ZrO1.88)构成,且以单斜相氧化锆(M-Zr O2)为主,随着电解液中Na2SiO3浓度的增加,四方相T-ZrO1.88在陶瓷层中比例增大。综合比较,在Na2SiO3浓度为8 g/L的电解液体系下可以获得厚度适中,表面平整,致密性较好,阻氢性能优异的陶瓷层,陶瓷层的PRF值达到最大值10.8。     

镁合金微弧氧化陶瓷层的耐蚀性

通过NaCl中性盐雾腐蚀试验定性地分析镁合金微弧氧化陶瓷层的耐蚀性，初步研究了陶瓷层表面微观结构对其耐蚀性的影响。结果表明：镁合金微弧氧化陶瓷层的微观组织结构的结合方式和生长方式直接影响其耐蚀性，微弧氧化试样的耐蚀性与陶瓷的厚度有关，陶瓷层厚度的增加并不一定能使其耐蚀性提高。     

稀土元素对镁合金微弧氧化陶瓷层表面形貌和结构的影响

采用交流脉冲微弧氧化设备,在含Y和Ce的AZ91D镁合金表面制备了陶瓷层,研究了稀土元素对陶瓷层厚度、表面形貌的影响,并分析了陶瓷层相比例的变化情况.结果表明,AZ91D镁合金中加入稀土元素Y和Ce后,其微弧氧化陶瓷层厚度随稀土含量的增加而增加,稀土元素的加入减少了陶瓷层表面的孔洞和火山状凸起,孔洞的尺寸也明显减小,出现了大量表面平滑的区域,使整个表面更加光滑致密.稀土元素在陶瓷层中没有单独形成稀土相,但影响陶瓷层中组成相的比例,致使夹带在陶瓷层中的Mg相的量减少,而MgO和MgSi2O4相的比例提高.镁合金中加入稀土元素后微弧氧化陶瓷层耐磨及耐腐蚀性能提高.     

2A06铝合金表面微弧氧化陶瓷层摩擦学特性

采用微弧氧化技术,以硅酸盐为主要电解液,在2A06铝合金表面制备出高硬度、高耐磨性的微弧氧化陶瓷膜。用扫描电镜观测膜层的显微结构,用X射线衍射分析其相组成,并对膜层进行耐磨损和抗冲蚀试验。结果表明,氧化时间越长,2A06铝合金表面陶瓷层越厚,陶瓷层粗糙度也越高。陶瓷层由过渡层、致密层和疏松层组成。过渡层与基体和致密层结合紧密。致密层的相组成主要为α-Al2O3、γ-Al2O3,疏松层的相组成主要为α-Al2O3、γ-Al2O3以及Al6Si2O3。致密层中的α-Al2O3相的含量远高于疏松层。从试样边缘到试样中心硬度逐渐降低,最高硬度出现在试样表面边缘向内5～20 mm处,平均HV硬度可达20.96 GPa。2A06铝合金的耐磨性比较差,磨轮转速从100 r/min增至400 r/min时,磨损量不断增加且呈线性分布。微弧氧化制备的陶瓷层磨损量在磨损开始时(100 r/min)稍高,磨轮转速到600 r/min时磨损量趋于稳定,磨轮转速到1600 r/min时磨损量仍然呈现较低水平。陶瓷层的冲蚀体积损失率也远低于2A06铝合金基体。     

添加Na2WO4对镁合金微弧氧化陶瓷层成分及结构的影响

讨论了添加Na2WO4的Na2SiO3电解液对镁合金微弧氧化陶瓷层成分及结构的影响.结果表明,添加Na2WO4后,陶瓷膜层厚度增加,膜层的致密性和硬度提高,而对膜层的相组成几乎没有影响,说明加入Na2WO4使陶瓷膜层的性能得到改善.     

电压对铝合金微弧氧化陶瓷层形成的影响

研究了正向和负向电压对6063铝合金微弧氧化陶瓷层形成的影响,并结合微弧氧化过程中正向电流密度的变化,对影响机理进行了探讨.结果表明,提高正负向电压均有利于提高陶瓷层的厚度与均匀性当正负向电压从420V/120V提高到480V/200V时,陶瓷层厚增加了一倍;负向电压对陶瓷层形成的影响更加显著,当保持正向电压440V不变,负向电压从120V提高到200V时,层厚增加了约60%,均匀性明显提高.正负向电压提高时,通过试样的正向电量随之增大,而且与陶瓷层厚度之间有着较好的线性关系.正向和负向电压分别通过加快物质的迁移和强化膜层的击穿从而促进陶瓷层的形成.     

镁合金微弧氧化处理电压对陶瓷层的影响

研究了微弧氧化处理中起始电压U始、终止电压U终对陶瓷层的影响,发现电压是决定微弧氧化陶瓷层生长厚度及表面粗糙度的关键.结果表明:当起始电压U始相等时,终止电压U终(或△U)愈高,陶瓷层厚度愈厚;当终止电压U终相等时,起始电压U始愈高,陶瓷层厚度也愈厚.试样的表面粗糙度随微弧氧化处理终止电压U终的升高而增加,与U始变化的关系不明显.     

镁合金微弧氧化陶瓷层的生长过程及其耐蚀性

利用扫描电镜(SEM)和盐雾腐蚀试验等手段。研究了镁合金微弧氧化陶瓷层不同生长阶段的形貌特征及耐蚀性．结果表明：整个过程可分为三个阶段。即阳极沉积阶段、微弧阶段和局部弧光阶段．阳极沉积阶段是在阳极表面发生团絮氧化膜沉积与扩展的过程；微弧阶段是前期缺陷减少与消失并形成均匀膜层的过程，陶瓷层表面微孔孔径较小，膜层均匀致密；局部弧光阶段形成的放电微孔孔径较大，陶瓷层比较疏松．陶瓷层的耐蚀性则表现出先增后减的变化趋势．在微弧氧化处理8min～12min时，陶瓷层的耐蚀性最好．通过控制陶瓷层不同生长时期的能量分配，尽量延长陶瓷层的均匀生长过程。可以获得到均匀致密的陶瓷层．     

电参数对镁合金微弧氧化陶瓷层致密性和电化学阻抗的影响

利用自行研制的微弧氧化设备，研究了MB8镁合金表面微弧氧化处理过程中电参数对陶瓷层致密度、表面粗糙度以及电化学阻抗的影响。结果表明：高频下，陶瓷层的致密度有明显提高；占空比与陶瓷层表面粗糙度成正比；而陶瓷层的电化学阻抗是由频率、占空比等因素共同决定的。     

碳钢熔-钎焊层表面微弧氧化陶瓷层的制备

目的 在碳钢表面制备结合强度较高的微弧氧化陶瓷层。方法 采用铝-钢熔钎焊技术,在Q235钢表面获得具有较高结合强度的铝层,再通过微弧氧化在铝层表面生成氧化物陶瓷层。结果 通过添加ER4043焊丝作为钎料,金属间化合物层主要由[Al,Fe,Si]相、Al8Fe2Si相和少量的Al13Fe4相组成,平均厚度为7 μm,铝层与Q235钢的结合强度达到181 MPa。在2 g/L KOH+4g/L Na2SiO3?9H2O电解液中,陶瓷层由疏松层和致密层组成,主要成分为α-Al2O3和γ-Al2O3,且γ-Al2O3相含量较高,微弧氧化过程中电解液中的氧、硅元素都参与了反应。微弧氧化过程中,陶瓷层厚度随着时间的增加而增加,20 min后,试样表面放电孔洞呈“火山口”状,孔洞孔径随着时间的增加而增加。不同频率下,陶瓷层表面均存在少量裂纹,并且裂纹都产生在“火山口”状放电孔洞附近,同时随着频率的增加,陶瓷层表面孔洞孔径减小,陶瓷层厚度增加,但当频率到达600 Hz后,陶瓷层厚度变化不再明显。结论 采用铝-钢熔钎焊技术,铝层与钢基体结合强度远高于其他复合技术中铝层和钢基体的结合强度,对于解决钢铁材料表面微弧氧化陶瓷层容易剥落的问题具有一定的意义。微弧氧化过程中,陶瓷层厚度不断增加,提高微弧氧化频率,陶瓷层致密性提高。     

Na_2SiO_3溶液体系ZrH_(1.8)表面微弧氧化陶瓷层的研究

在Na2Si O3+Na OH+Na2EDTA体系下,采用恒压模式对氢化锆进行微弧氧化处理获得Zr O2陶瓷层。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、电子能谱(EDS)仪,分析了陶瓷层的表面形貌、截面形貌、相结构及陶瓷层的元素分布。结果表明:在硅酸盐体系中,通过恒压模式在Zr H1.8表面制得膜厚约为45m的Zr O2陶瓷膜,膜层分为过渡层、致密层和疏松层。EDS结果表明:微弧氧化陶瓷层中除基体元素Zr及溶液元素O外,未发现Si、Na等溶液元素的出现,说明Si O2-3、Na+等没有参与反应;在硅酸盐体系中Zr H1.8表面微弧氧化陶瓷层主要由M-Zr O2、T-Zr O2及C-Zr O2构成,M-Zr O2约90%。     

铝材微弧氧化陶瓷膜的电绝缘性

研究了商用硬铝经微弧氧化后的电绝缘性能。结果表明,在干燥大气中,陶瓷膜厚度增加,击穿电压升高,而平均击穿场强下降;陶瓷膜孔隙率增加,湿大气条件下击穿电压的差值增加;微弧氧化中加入适量添加剂可使击穿电压显著提高。     

铝合金表面微弧放电陶瓷化改性新技术

对近年来兴起的铝合金表面通过微弧放电和电化学氧化双重作用形成陶瓷层的表面改性技术的原理、应用和国内外研究现状与发展动向进行了综合评述,以期这项技术研究在我国取得更大的进展.     

电流密度对碳钢微弧氧化层耐液态铅铋腐蚀性能的影响

目的提高碳钢耐液态Pb-Bi耐腐蚀性能。方法采用熔钎焊的方法,对6061铝合金和Q235钢进行搭接焊,焊后采用微弧氧化技术在焊接接头制备微弧氧化陶瓷层,将其放入350℃的高温液态Pb-Bi中进行300h静态腐蚀试验。结果选用钨极氩弧焊机,用ER4043焊丝作为钎料,通过调节焊接参数,在焊接电流为85 A、焊接速度为140 mm/min的参数下,铝层与Q235钢的结合强度达到182 MPa,金属间化合物厚度为7.3μm。在2 g/L KOH+4 g/L Na2Si O3·9H2O的电解液中进行微弧氧化试验,放电孔洞直径和数量随着电流密度的增大而增加。通过对比发现,在10A/dm2下生成的氧化膜层厚度适宜,同时致密性较好,陶瓷层由γ-Al2O3和α-Al2O3组成。经过静态腐蚀后,Q235碳钢母材试样表面被明显腐蚀,而Q235钢微弧氧化后的试样则有较好的耐腐蚀性能,其中10 A/dm2电流密度参数下制得的氧化膜层耐蚀性能最优。结论微弧氧化陶瓷膜层可显著提高材料在高温液态Pb-Bi合金中的耐腐蚀性能,且膜层致密性和厚度会影响其对材料的保护作用。     

铝合金微弧氧化陶瓷涂层研究进展

简述了微弧氧化技术的基本原理和优点,着重介绍了实验参量,如电源模式、电解液组成、电压、频率、占空比、氧化时间、基材成分等对铝合金微弧氧化的影响,总结和分析了铝合金微弧氧化陶瓷涂层微观结构与性能的特点及其关系。最后,针对目前铝合金微弧氧化陶瓷涂层研究领域存在的问题,提出了今后的研究方向。     

磷酸盐体系下氧化时间对氢化锆表面微弧氧化膜的影响

在磷酸盐体系下,采用恒压模式对氢化锆进行微弧氧化。考察了微弧氧化时间对氧化膜的厚度、结构、表面形貌、截面形貌以及阻氢性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、膜层测厚仪分析了氧化膜的表面形貌、截面形貌、相结构及膜层厚度。通过真空脱氢实验评估膜层的阻氢性能。结果表明:随着氧化时间的延长氢化锆表面微弧氧化膜层厚度由65.2μm增大至95.4μm;氧化膜的生长速度随着氧化时间的延长而逐渐降低;氧化时间对于膜层的结构没有明显影响,膜层主要由单斜相氧化锆(M-ZrO2)和四方相氧化锆(T-ZrO2)构成;氧化时间的增加有助于提高氧化膜的致密性和阻氢效果,当氧化时间为25 min时,氧化膜的PRF值达到最大值11.6。     

316L表面激光熔覆复合微弧氧化制备陶瓷涂层

目的提高316L不锈钢表面的耐蚀性和生物活性。方法首先采用激光熔覆技术在316L不锈钢表面制备钛层,然后对钛层表面进行微弧氧化处理,从而在316L不锈钢表面制备出含有Ca、P元素的多孔状陶瓷涂层。利用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、能谱仪(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)、X射线衍射仪(X-Ray Diffraction,XRD)分析了钛层厚度对陶瓷涂层的表面显微形貌、元素含量及物相组成的影响。利用电化学实验、浸泡实验分别测试了涂层在1.5倍SBF溶液中的耐蚀性能和生物活性。结果通过激光熔覆复合微弧氧化能够在316L不锈钢表面制备出多孔状陶瓷涂层。随着钛层厚度的增加,微弧氧化原位生成的陶瓷涂层致密度、厚度也增加。当钛层厚度达到0.4 mm时,微弧氧化后得到的陶瓷涂层完整致密,厚度达到20μm。涂层主要由锐钛矿相Ti O2、金红石相Ti O2组成。极化曲线分析可知,腐蚀电位Ecorr为-0.162 V,腐蚀电流密度降至5.11×10-7 A/cm2。陶瓷涂层在1.5倍SBF中浸泡3天后表面即有羟基磷灰石沉积。结论通过激光熔覆复合微弧氧化在316L不锈钢表面制备的陶瓷涂层在模拟体液环境下具有较好的耐蚀性能,同时也具备良好的生物活性。