高硅高铜铝合金硬质阳极氧化膜性能研究
高硅高铜铸造铝合金具有良好的铸造性，强度高及可加工性等特点，被广泛应用于建筑行业、航天及汽车行业。铝合金表面硬质阳极氧化可进一步提高其硬度及耐磨性，但是高铜高硅铝合金中铜元素及硅元素含量较高，在制备硬质阳极氧化膜过程中容易发生烧蚀现象。本论文以高硅高铜铝合金为研究对象，以酒石酸、草酸为电解液，研究不同电源模式下的硬质阳极氧化工艺。主要研究成果包括以下内容： 1.直流模式下高铜高硅铝合金阳极氧化膜的制备及性能。采用酒石酸-草酸混合电解液，研究氧化时间、氧化电压、电解液温度对铝合金阳极氧化膜性能的影响。在此电源模式下优化的氧化电压为120 V，氧化时间为50 min，电解液温度为15℃，在此工艺条件下氧化膜的各项性能为：硬质氧化膜的自腐蚀电位为-0.8 V vs. Ag/AgCl，自腐蚀电流为1.12 E-6 A/cm2，摩擦系数为0.34，氧化膜厚度为12.5μm，硬度值为452 HV，氧化膜孔洞均匀致密无微裂纹。在适宜的氧化电压范围内，氧化膜的显微硬度随之增加而增加，当超过130 V时，阳极氧化反应更剧烈，酸对膜层的场致溶解加剧，孔隙率增大，膜层的显微硬度不断减小。随着氧化时间的延长，氧化膜逐渐变厚，氧化膜的孔隙率降低，显微硬度随着膜厚的增加而增大。 2.交流电模式下高铜高硅铝合金阳极氧化膜的制备及性能。电解液成分采用酒石酸-草酸混合，优化氧化电压为120 V，氧化时间及电解液温度分别为50 min、15℃。研究发现氧化膜的硬度及厚度随氧化电压升高至120 V后随之减小，氧化电压为110 V时，氧化膜硬度为456 HV，厚度为13.7μm，氧化膜孔洞均匀致密，当氧化电压超过120 V时，产生较高的反应热加速氧化膜溶解导致膜厚降低。高草酸浓度影响氧化膜的溶解速度，草酸吸附于氧化膜上，形成一层抑制H+浓度变化的缓冲层降低氧化电压。高草酸浓度下通过实验优化的工艺参数为：电压为55 V，氧化时间控制为60 min，电解液温度控制为15℃。电压为55 V时氧化膜的自腐蚀电位为-1.2 V vs. Ag/AgCl，0.98E-6 A/cm2，氧化膜的硬度为430 HV，摩擦系数为0.35。 3.脉冲电源模式下高铜高硅铝合金阳极氧化膜的制备及性能。在脉冲电源的特点为电流在短时间内通过，在防止氧化膜过热前断开电流的提供，使得氧化膜均匀的生长而不被烧蚀。脉冲电源模式下氧化膜制备工艺的优化参数为：占空比为70％，氧化频率为600 Hz，氧化时间为60 min，氧化液温度为15℃， 此时氧化膜的硬度为553 HV，厚度为15μm，自腐蚀电位为-0.82 V vs. Ag/AgCl，自腐蚀电流为1.36E-6 A/cm2。研究硬质阳极氧化膜厚度增长与电压的关系，研究表明，恒流方式下负载电压的变化规律分别两个部分，短时间的急剧升高的阶段，当达到240 V之后保持平稳的阶段，恒定电流加载方式下的膜层厚度随处理时间近似线性增长。
铝合金;硬质阳极氧化膜;制备工艺;电解液;电源模式
中国计量大学
硕士
材料物理与化学
卫国英
2016
中文
TG174.41
76
2017-06-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）