鋁合金在低硫酸濃度電解液中硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜的制備研究.pdf

1、本課題針對(duì)鋁合金6061薄板在低硫酸濃度電解液中制備硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜進(jìn)行研究。目的在于提高氧化膜厚度與硬度的同時(shí)，節(jié)約生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染。鋁合金具有優(yōu)良的性能，使用量最大、應(yīng)用面最廣。但鋁活潑，腐蝕電位較負(fù)，全面腐蝕嚴(yán)重。因此需要進(jìn)行陽(yáng)極氧化或表面涂層，以擴(kuò)大應(yīng)用范圍和延長(zhǎng)使用壽命。傳統(tǒng)硬質(zhì)陽(yáng)極氧化多采用硫酸含量15％～30％(wt.％)的電解液，成本高、不利于環(huán)保，并且要想進(jìn)一步提高氧化膜的力學(xué)性能較困難。匈牙利學(xué)者曾在低硫酸濃度電

2、解液中制備出性能優(yōu)良的膜層，但在實(shí)際應(yīng)用中未見(jiàn)推廣。課題組前期對(duì)氧化工藝進(jìn)行了研究，但未涉及生長(zhǎng)方式。本課題在傳統(tǒng)理論和前期工作的基礎(chǔ)上，通過(guò)研究低硫酸濃度電解液中氧化膜的生長(zhǎng)方式，以期獲得高性能氧化膜的相關(guān)工藝。
　　 本文研究了硫酸濃度、氧化時(shí)間、氧化溫度和電流密度等工藝參數(shù)對(duì)氧化膜生長(zhǎng)方式、膜層厚度、硬度和表面粗糙度的影響。利用掃描電鏡(SEM)和計(jì)算機(jī)顯微圖像分析儀(XJP-6A)對(duì)氧化膜微觀形貌進(jìn)行分析；采用能譜儀(E

3、DS)對(duì)材料微區(qū)成分元素種類(lèi)與含量進(jìn)行檢測(cè)；利用數(shù)字式覆層測(cè)厚儀(TT230)、電腦顯示型手動(dòng)轉(zhuǎn)塔顯微硬度計(jì)(MVC-1000JMTl)和TR200粗糙度儀測(cè)得氧化膜的厚度、硬度和表面粗糙度值。
　　 根據(jù)現(xiàn)有理論對(duì)本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論分析，得出結(jié)果如下：
　　 (1)不同于傳統(tǒng)多孔膜，氧化膜的生長(zhǎng)可分為初期和后期兩個(gè)階段。初期階段：氧化膜以顆粒的形式在基體表面局部區(qū)域產(chǎn)生并鋪展。隨著氧化時(shí)間的增加，顆粒氧化膜在未被氧

4、化區(qū)域不斷產(chǎn)生和鋪展，最終覆蓋整個(gè)表面，形成完整的Al2O3膜。后期階段：在已生成顆粒氧化膜的交界面處，氧化膜在電場(chǎng)作用下溶蝕、擊穿，傳質(zhì)并快速成膜。氧化膜以這種在交界面處交替生長(zhǎng)的方式，快速增厚。
　　 (2)在氧化過(guò)程中：隨著硫酸濃度的增加，氧化膜的厚度、硬度和表面粗糙度值均降低；隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，氧化膜的厚度、硬度和表面粗糙度值均增加；隨著氧化溫度的升高，氧化膜的硬度降低，厚度先增大后減小。結(jié)果表明：采用3％H2S04(

5、Wt.％)電解液，在氧化溫度-2℃，電流密度4A/dm2的工藝條件下，氧化50min后制得的氧化膜性能優(yōu)良，膜厚47μm，硬度510HV，表面粗糙度1.472。
　　 (3)6082活塞在3％H2S04(Wt.％)電解液中，氧化溫度-2℃，電流密度4A/dm2的工藝條件下，硬質(zhì)陽(yáng)極氧化70min，得到致密氧化膜。膜層表面最大硬度和膜層厚度可達(dá)520HV和90μm。該工藝在提高膜層性能的前提下，可減少生產(chǎn)成本，降低環(huán)境污染，順應(yīng)低