微弧氧化鋁合金試驗(yàn)

1、微弧氧化鋁合金實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.大概了解微弧氧化工藝的原理、操作步驟以及其對(duì)材料的強(qiáng)化方式.2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)與“材料性能學(xué)的理論知識(shí)相結(jié)合.二、實(shí)驗(yàn)原理：微弧氧化又叫等離子陽(yáng)極氧化,微弧氧化是從傳統(tǒng)的陽(yáng)極氧化過(guò)程中衍化來(lái)的,是在陽(yáng)極氧化的過(guò)程中,對(duì)陽(yáng)極施加高強(qiáng)度的電壓,造成電流擊穿陽(yáng)極的過(guò)程,突破了傳統(tǒng)的陽(yáng)極氧化對(duì)電壓,電流的限制.在擊穿的過(guò)程中,會(huì)在金屬形成的陽(yáng)極氧化薄膜上發(fā)生弧光放電現(xiàn)象,從而形成放電通道,在微弧放電的過(guò)程中,會(huì)形成高溫高壓的條件,從而使金屬表面生成優(yōu)與原來(lái)的普通陽(yáng)極氧化形成的氧化膜.微弧氧化就是將原來(lái)的普通陽(yáng)極氧化的法拉第區(qū)引入到高壓放電區(qū)域,克服原來(lái)普通陽(yáng)極氧化對(duì)于難以

2、快速生成的,低效率的缺陷,極大提升了膜層的綜合性能.提升了基體與氧化層的結(jié)合力,結(jié)構(gòu)致密,力學(xué)性能好,具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫沖擊和電絕緣等特性.并且該工藝操作簡(jiǎn)單,不繁瑣,不會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有污染的副產(chǎn)品,具有廣闊的應(yīng)用前景.三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料：試樣及實(shí)3藥品：30mm*25mm*2mm的LY12板材假設(shè)干、微弧氧化溶液3份表1一微弧氧化溶液配置溶液號(hào)六偏磷酸鈉g/l硅酸鈉g/l鴇酸鈉g/l1351019.22351022.53351025.9實(shí)驗(yàn)設(shè)備：JHMAO-220/10A型便攜式微弧氧化電源圖1、超聲波清洗機(jī)圖2、TT260覆層測(cè)厚儀圖3、HXD-1000TMC/LCD型顯微硬度計(jì)

3、、熱鑲嵌儀圖4、MSD倒置金相顯微鏡及圖像分析系統(tǒng)、煙霧腐蝕測(cè)量?jī)x圖1JHMAO-220/10A型便攜式微弧氧化電源圖2超聲波清洗機(jī)圖3TT260覆層測(cè)厚儀及其探頭圖4熱鑲嵌儀四、實(shí)驗(yàn)步驟:1、工件前處理：除油除銹主要除去工件外表的各種油脂,這些油污包括植物油、動(dòng)物油和礦物油.只有將這些油污徹底去除,才能到達(dá)工件的外表全部被水所潤(rùn)濕的目的.2、拋光：使工件外表更加平整,微弧氧化膜層更加均勻.3、超聲波清洗機(jī)漂洗.1000ml燒杯中用去4、微弧氧化：1根據(jù)試驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)條件,稱(chēng)取所需的電解質(zhì),在離子水溶解.(2)將配置好的溶液放入冷卻水槽中,按要求連接好陰極和陽(yáng)極,注意保證工件和線路良好的接觸,

4、否那么氧化時(shí)會(huì)因接觸不良產(chǎn)生局部漏電現(xiàn)象.(3)啟動(dòng)攪拌器,假設(shè)使用小型冷卻水槽,那么不需要冷去系統(tǒng),其放出的熱量能夠很快放出.(4)啟動(dòng)微弧氧化電源,選擇適宜的工作方式(恒流或恒壓),按實(shí)驗(yàn)條件設(shè)定工藝電參量進(jìn)行微弧氧化.(5)實(shí)驗(yàn)過(guò)程結(jié)束后,關(guān)閉微弧氧化電源及其它設(shè)備.5、取出工件,用蒸儲(chǔ)水沖洗,枯燥,對(duì)試樣進(jìn)行硬度,厚度,磨損,腐蝕等等性能的檢測(cè),并最終完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)鋁合金微弧氧化宏觀形貌：微弧氧化過(guò)程可以概述為4個(gè)階段,每個(gè)階段都有其獨(dú)特的反應(yīng).在本次實(shí)驗(yàn)中,以鴇酸鈉為主要的著色劑,通過(guò)改變其濃度,改變電壓大小,從而使鋁合金的陶瓷膜層發(fā)生改變.其中宏觀的形貌改變?nèi)缦铝袌D

5、：其中由圖5可知,只經(jīng)過(guò)除銹除油,清洗,拋光打磨等步驟,而沒(méi)有參與微弧氧化的反響的鋁合金其形貌,只僅僅具有鋁金屬本身的金屬光澤.其中參加115g的鴇酸鈉之后,進(jìn)行微弧氧化實(shí)驗(yàn),對(duì)鋁合金給予330V,340V,380V,三種氧化電壓進(jìn)行高壓擊穿,在鋁合金外表出現(xiàn)明顯顏色變化,能夠用肉眼明顯的觀察到,其中由圖6可以觀察到.其顏色比明亮金屬色更如同淺灰色.在向電解液中參加20g的鴇酸鈉,并對(duì)試樣給予280V,290,330V不等的給定電壓值,使鋁合金進(jìn)行微弧氧化反響,生成陶瓷膜,在這次實(shí)驗(yàn)中能夠看到,鋁合金的外表生成的陶瓷膜,較上一次的實(shí)驗(yàn)有了很大的變化,其宏觀形貌由圖7可知,其鋁合金微弧氧化生成的

6、陶瓷膜顏色更加的變深灰色.在向電解液中參加20g的鴇酸鈉,并對(duì)試木W(wǎng)合予260V,280,330V不等的給定電壓值,使鋁合金進(jìn)行微弧氧化反響,生成陶瓷膜,在這次實(shí)驗(yàn)中能夠看到,鋁合金的外表生成的陶瓷膜,較上一次的實(shí)驗(yàn)有了很大的變化,其宏觀形貌由圖8可知,其鋁合金微弧氧化生成的陶瓷膜顏色為黑色.圖5鋁合金原樣圖6淺灰色鋁樣圖7深灰色鋁樣圖8黑色鋁樣鋁合金微弧氧化微觀形貌:經(jīng)過(guò)粗磨,精磨,拋光,腐蝕后,可以利用金相顯微鏡能夠?qū)ξ⒒⊙趸蟮匿X合金陶瓷膜進(jìn)行觀察,如圖9.可以看出,在微觀中,微弧氧化反響生成的陶瓷膜層較規(guī)整,平滑,但是其膜層厚度不是相同,由此可見(jiàn),不同的濃度,不同給定電壓對(duì)于微弧氧化生

7、成的鋁合金陶瓷膜都有其獨(dú)特的影響.強(qiáng)c*圖9陶瓷膜微觀形貌電壓對(duì)鋁合金微弧氧化膜生長(zhǎng)的影響：實(shí)驗(yàn)選取了380V,340V,330V,290V,280V,260V六個(gè)電壓來(lái)分別進(jìn)行試驗(yàn).氧化膜硬度厚度如下表所示,通過(guò)下表可知：隨著電壓增大,氧化膜的硬度、厚度也隨之增加.通過(guò)對(duì)陶瓷膜形貌進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)電壓為300V以下時(shí)陶瓷膜外表更加均勻,致密性更好,300V以上陶瓷膜變的粗糙,光潔度變差,并有稍微的燒蝕現(xiàn)象.其中溶液配制為第一次為210g六偏磷酸鈉,60g硅酸鈉,115g鴇酸鈉見(jiàn)表2第二次為210g六偏磷酸鈉,60g硅酸鈉,115g鴇酸鈉見(jiàn)表3第三次210g六偏磷酸鈉,60g硅酸鈉,115g鴇酸鈉

8、見(jiàn)表4表2一不同電壓下強(qiáng)度與厚度330V340V380V陶瓷膜的強(qiáng)度HV1164.831104.201275.06陶瓷膜的厚度以m35.8136.6834.25氧化時(shí)間min888表3一不同電壓下強(qiáng)度與厚度280V290V330V陶瓷膜的強(qiáng)度HV1641.601004.001067.46陶瓷膜的厚度以m41.3441.7445.93氧化時(shí)間min101010表4一不同電壓下強(qiáng)度與厚度260V280V330V陶瓷膜的強(qiáng)度HV109.971253.731364.88陶瓷膜的厚度以m56.3044.4453.11氧化時(shí)間min555可以看出,在同一組實(shí)驗(yàn)中,濃度不變,只是增加電壓,或者減小電壓,對(duì)于

9、板材的硬度,鍍膜層的厚度都有很大的影響.在鴇酸鈉濃度百分比為30%時(shí),隨著電壓的增大,板材的硬度有了好呢大的提升,然而,陶瓷膜的厚度并未發(fā)生很大的變化,從而可直到再次濃度比下的最適合的電壓為340V.在鴇酸鈉濃度百分比為33%時(shí),隨著電壓的增大,板材的硬度反而是愈來(lái)愈小,然而,陶瓷膜的厚度發(fā)生很大的變化,逐漸有些微增厚,從而可直到再次濃度比下的最適合的電壓為280V.在鴇酸鈉濃度百分比為36%時(shí),隨著電壓的增大,板材的硬度有了很大的提升,然而,陶瓷膜的厚度波動(dòng)范圍有很大的浮動(dòng),從而可直到再次濃度比下的最適合的電壓為330V.其原因可能是隨著電壓的升高,擊穿電流同樣發(fā)生改變,當(dāng)電壓過(guò)高時(shí),擊穿電

10、流不斷在金屬外表穿過(guò),鋁合金具有高阻抗性,從而使金屬外表的溫度不斷升高,產(chǎn)生的熱能不斷增多,使表層的氧化鋁薄膜被高溫灼燒從而燒焦.電解液濃度對(duì)鋁合金微弧氧化膜生長(zhǎng)的影響：本實(shí)驗(yàn)主要研究電解液中鴇酸鈉濃度對(duì)鈦合金微弧氧化后陶瓷膜的影響.實(shí)驗(yàn)選用電解液硅酸鈉均為10g/L,六偏磷酸鈉均為35g/L,鴇酸鈉濃度分別19.2g/L、22.5g/L、25.8g/L五種電解液濃度.電壓選取330V.對(duì)陶瓷膜硬度、厚度的檢測(cè)結(jié)果如下表3所示,通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：當(dāng)鴇酸鈉濃度過(guò)低時(shí)時(shí),火花放電現(xiàn)象不明顯,陶瓷膜不會(huì)出現(xiàn)明顯發(fā)黑現(xiàn)象,增大鴇酸鈉濃度,氧化膜厚度增加并且增厚速度變快.當(dāng)鴇酸鈉濃度增加到25.8g/

11、L時(shí),鋁合金微弧氧化膜外表產(chǎn)生明顯的黑化現(xiàn)象.其中陶瓷膜在同種電壓,不同濃度時(shí)的強(qiáng)度的變化見(jiàn)表5,陶瓷膜在同種電壓,不同濃度時(shí)的膜層厚度的變化見(jiàn)表6.表5不同濃度下強(qiáng)度強(qiáng).濃19.20g/L22.5g/L25.8g/L260V1099.97HV280V1641.6HV1253.73HV290V1004HV330V1164.83HV1067.46HV1364.88HV340V1104.2HV380V1275.06HV表6不同濃度下厚度厚濃19.20g/L22.5g/L25.8g/L260V56.3mm280V41.34pm44.44nm290V41.74nm330V35.81pm45.93mm5

12、3.11mm340V36.68mm380V34.25mm硬度厚度值均為隨機(jī)測(cè)量5個(gè)點(diǎn)后求得的平均值從圖表中,我們不難發(fā)現(xiàn),在電壓不發(fā)生改變時(shí),僅僅改變?nèi)芤旱臐舛?對(duì)于樣品的硬度,以及陶瓷層的厚度都有不小的影響,其并非是遞增或遞減單一的變化.在額定電壓為280V時(shí),隨著鴇酸鈉的濃度百分比的升高,其樣品的硬度反而是降低的,而微弧氧化生成的陶瓷膜厚度趨勢(shì)是上升的.在額定電壓為330V時(shí),隨著鴇酸鈉的濃度百分比的升高,其樣品的硬度存在一定的低谷指,其具有一定的浮動(dòng)范圍,其浮動(dòng)范圍為200HV左右,而微弧氧化生成的陶瓷膜厚度趨勢(shì)是上升的.由此可見(jiàn),隨著濃度的提升,在一定額定電壓下,其微弧氧化形成的陶瓷膜

13、膜層存在增加的趨勢(shì).其原因有在一開(kāi)始,溶液濃度并不是很高,其中溶液電離的離子,如鈉離子,硅離子,鴇離子等,存在的含量不多,所以在陽(yáng)極外表聚集的也不是很多,隨著濃度的上升,溶液內(nèi)的離子分布或者陽(yáng)極附近的離子增多,從而是陽(yáng)極氧化進(jìn)行的很好,黑化陶瓷膜形成的就會(huì)很好,但濃度太大的時(shí)候,就會(huì)影響導(dǎo)電粒子的移動(dòng),或者在陽(yáng)極形成陽(yáng)極泥,最終影響陶瓷膜的形成.鋁合金微弧氧化陶瓷膜經(jīng)過(guò)鹽霧腐蝕后的形貌：本次實(shí)驗(yàn)為鹽霧腐蝕,其配置煙霧濃度為15%,耗時(shí)時(shí)間為48小時(shí),最終結(jié)果,只有為進(jìn)行微弧氧化的鋁合金原樣被腐蝕,有明顯的腐蝕跡象,而其它的試樣并沒(méi)有發(fā)生很大的變化.其中圖10為未經(jīng)過(guò)微弧氧化的鋁板原樣,圖11為

14、經(jīng)過(guò)微弧氧化反響生成有陶瓷膜而沒(méi)有進(jìn)行鹽霧腐蝕的試樣.經(jīng)過(guò)48小時(shí)之后,試樣宏觀形貌如下,其中圖12為原樣腐蝕之后的圖像,圖13為經(jīng)過(guò)微弧氧化處理之后的試樣.可以看出,在原樣未進(jìn)過(guò)微弧氧化的局部,有明顯的腐蝕生銹現(xiàn)象,其外表有明顯的銹漬,用砂紙稍微打磨就能看到原來(lái)的鋁合金金屬層,而其他樣品那么沒(méi)有發(fā)生很大的變化,只有在邊角以及圓孔附近出現(xiàn)明顯的脫落現(xiàn)象,其可能是由于,在微弧氧化過(guò)程中,邊角以及圓孔附近微弧氧化發(fā)生的反響不是很好,造成的結(jié)果是陶瓷膜層與基體的結(jié)合力不夠.不過(guò),除此之外,可以看出在具有微弧氧化生成的陶瓷膜處具有良好的抗腐蝕水平.探究其原因,本身氧化鋁就具有很好的抗腐蝕的水平,經(jīng)過(guò)微

15、弧氧化,在金屬的外表均勻的形成陶瓷膜層,較一般的陽(yáng)極氧化生成的陶瓷膜更加的均勻,光滑的陶瓷膜,其更加不容易使外表被腐蝕.圖10鋁板原樣圖11試件原樣圖12鋁板原樣登迎后圖13試件原樣腐蝕后六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論：1、試樣外觀形貌：研究發(fā)現(xiàn),溶液中未添加或添加的鴇酸鈉濃度未超過(guò)8g/L時(shí),試樣表面都能形成一層均勻的,光滑而致密的灰白色陶瓷膜,參加的鴇酸鈉濃度超過(guò)19g/L時(shí),陶瓷膜的顏色開(kāi)始向黑色轉(zhuǎn)化,且隨著鴇酸鈉的濃度增加,陶瓷膜的黑色飽和度增加,變化過(guò)程根本為銀灰色-灰褐色-淺黑色-黑色.2、試樣陶瓷膜強(qiáng)度：研究發(fā)現(xiàn),在鋁合金微弧氧化過(guò)程中,在同中濃度下,隨著電壓的每升高10V20V,陶瓷膜的強(qiáng)度也隨之升高15%至20%,但當(dāng)電壓過(guò)高時(shí),陶瓷膜的強(qiáng)度就會(huì)隨之減小.而在同一電壓的情況下,溶液中的離子濃度越大,每增加20g鴇酸鈉,陶瓷膜的強(qiáng)度也隨之升高10%左右,但是過(guò)高的濃度并不會(huì)使強(qiáng)度一直增大.并且可以看出,氧化電壓是影響陶瓷膜的強(qiáng)度的主要因素.3、試樣陶瓷膜厚度研究發(fā)現(xiàn),在鋁合金微弧氧化過(guò)程中,在同中濃度下,隨著電壓的每升高10V20V,陶瓷膜的厚度也隨之升高0.9%左右,但當(dāng)電壓過(guò)高時(shí),陶瓷膜的厚度就會(huì)與其成反比.而在同一電壓的情況下,溶