电参数对铝合金汽缸微弧氧化陶瓷层性能的影响文献综述

 2021-10-06 01:10

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文 献 综 述

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,其密度低,质轻,强度比较高,接近或超过优质钢,塑性好,可加工成各种形状的材料,具有优良的导热性、导电性和抗蚀性,并且铝合金容易再生利用,所以在航天、航空、汽车、机械制造、造船及化学工业中,已经被广泛应用。

但与其他金属材料相比,铝及其合金因其硬度低、耐磨性和耐蚀性差等缺点而大大限制了铝合金零部件性能的充分发挥,导致其使用寿命大幅度降低 。因此,寻找一种方法改变铝合金表面性能,提高其硬度,抗磨性就很重要了。

随着现代工业及科学技术的发展,陶瓷材料开始慢慢地走入人们的视线。陶瓷材料具有优良的性能,包括高耐磨和耐腐蚀性,良好的高温稳定性及在相当宽的温度范围内具有较高的硬度,对于在高温和腐蚀介质中的摩擦情况下,其摩擦学性能远比其他金属材料优异[2]

目前,在金属及其合金表面制备陶瓷涂层的传统方法有热喷涂、激光熔覆及微弧氧化等方法。其中,微弧氧化技术是对铝、镁等轻质合金表面处理的新技术。俄罗斯在该技术的研究与开发应用上一直处于世界领先地位,在机理研究上提出了自己的一整套完整的理论,并且已成功的应用于许多工业领域。我国从20世纪90年代开始关注此技术,在引进吸收俄罗斯技术的基础上快速发展[3]。该技术虽然与传统的阳极氧化有许多相似之处,但它采用高于阳极氧化的高电压、大电流。利用火花放电现象产生高能量,使铝、镁合金制品表面生成具有高温稳定相的陶瓷层,从而极大地改善了铝、镁合金制品的表面性能[2]

1. 微弧氧化技术简介

微弧氧化(Microarc oxidation,MAO)又称微等离子氧化或阳极火花沉积,是一种在有色金属(Al、Ti、Mg、Hf等)表面原位生长陶瓷氧化膜的新技术。通过电解液与相应电参数的组合,依靠弧光放电产生瞬时高温高压作用,生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷层,达到工件表面强化的目的。在微弧氧化过程中,化学氧化、电化学氧化、等离子体氧化同时存在,因此陶瓷层的形成过程非常复杂,至今还没有一个合理的模型能全面的描述陶瓷层的形成。

铝合金微弧氧化陶瓷层主要由α-Al2O3相、γ-Al2O3相和mullite相组成,各相在陶瓷层的内侧和外侧的相对比例有明显的差别[4]。外表面γ-Al2O3相,由外到里逐渐减少,α-Al2O3相由外到里逐渐增加。涂层内外层α-Al2O3和γ-Al2O3的含量差异主要是由于熔融氧化铝的微弧区的冷却速度的变化影响的。孔壁和疏松层与电解液直接相接处具有更高的冷却速度,这有利于在氧化铝凝固过程中向γ-Al2O3相的形成。在内层区域冷却速度更低,因此α-Al2O3的形成占主导地位,因为氧化铝在固化涂层中热电导率低[5]。γ-Al2O3相晶粒粗大,膜层表面形貌不均匀,有很多微孔,力学性能较差,α-Al2O3相是微弧氧化陶瓷层的主体,结构致密,与基体结合十分紧密,耐磨、耐蚀和绝缘性能优良。

2. 电参数对微弧氧化的影响

就目前的研究而言,影响微弧氧化陶瓷膜性能的因素主要有3各方面:一是脉冲电源的放电参数;二是电解液成分及浓度;三是基体材料的成分。其中尤以脉冲电源放电参数的影响最为明显,直接影响生成的氧化膜质量的好坏[6]

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