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压铸模具钢的微弧氧化复合表面改性

作　者: 赵国华
导　师: 赵建华
学　校: 重庆大学
专　业: 材料加工
关键词: 微弧氧化 热浸镀铝 表面改性 压铸模具钢
分类号: TG174.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


轻金属成型在材料加工领域所占比重日益增大，其中压铸成型方法最为广泛应用。H13热作模具钢在长期工作过程中容易产生热疲劳、热融合等各种失效，为避免模具失效以及提高产品质量，压铸模具内表面的表面处理及改性则显得尤为重要。本文对H13钢表面的热浸镀铝-微弧氧化复合表面处理工艺作了介绍和研究。棒状H13钢试样先被浸入到熔融纯铝液，铁-铝反应层随之在铝液与试样表面形成。中间合金层的主要成分是Fe2Al5，反应层与试样最外表面的纯铝层的厚度主要随着浸镀时间（1.512min）和浸镀温度（710760℃）的变化而变化。在热浸镀铝后的试样外表面，形成了一层均匀分布的纯铝层，以此纯铝层为基体，进行微弧氧化表面处理，电流密度为10A/dm2，最终在试样表面形成了多孔状的微弧氧化陶瓷层。本文通过以下分析测试手段对热浸镀铝-微弧氧化复合表面处理H13试样的微观组织和力学性能进行评估:①通过SEM对热浸镀铝试样、微弧氧化试样的截面进行了观察；复合表面处理层的结构从外到内依次为陶瓷层、纯铝层、Fe-Al合金层和基体层；并且通过SEM观察发现陶瓷层表面呈多孔状。通过SEM/EDS对热浸镀铝试样、微弧氧化截面的元素成分变化进行测定，表面陶瓷层中的O、Si元素主要来源于所用碱性微弧氧化电解液②通过XRD对热浸镀铝试样的表面层和中间相合金层的相组成进行了判定，中间合金层的主要相为Fe2Al5和少量FeAl3相。并且对微弧氧化陶瓷层则由γ-Al2O3相和α-Al2O3相组成。③使用金相显微镜对热浸镀铝试样的涂层厚度进行了测量发现随着浸镀时间和浸镀温度的增加，中间合金层的厚度呈增大趋势，增加浸镀温度和时间更有利于铝液中的Al原子和钢基体中的Fe相互扩散并形成中间相化合物。④对热浸镀铝-微弧氧化复合层的截面进行了微观硬度的测定，表面陶瓷层的微观硬度高达1700HV，远高于H13钢基体的硬度600HV。⑤对热浸镀铝表面进行了普通阳极氧化试样和微弧氧化试样进行热疲劳性能测试，结果表明，微弧氧化陶瓷层的耐热疲劳性能要明显高于传统阳极氧化的此性能。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-21
  1.1 选题意义  8-9
  1.2 压铸模具的主要失效形式及表面处理的影响  9-12
    1.2.1 热疲劳失效  9-11
    1.2.2 热融合失效  11-12
  1.3 工艺方法选择  12-13
  1.4 钢铁制件热浸镀铝技术的介绍  13-14
  1.5 微弧氧化技术的介绍  14-19
    1.5.1 铝和铝合金的阳极氧化过程  14-16
    1.5.2 铝及铝合金的微弧氧化技术  16-18
    1.5.3 微弧氧化陶瓷膜的机械性能  18-19
  1.6 本文研究的目的和研究内容  19-21
    1.6.1 研究目的  19-20
    1.6.2 研究内容  20-21
2 复合表层的制备工艺研究  21-28
  2.1 基底材料及制备  21
  2.2 热浸镀铝工艺过程  21-24
    2.2.1 热浸镀铝前处理工艺参数  21-22
    2.2.2 助镀剂处理及干燥预热  22-23
    2.2.3 热浸镀铝  23-24
    2.2.4 后处理与水洗  24
  2.3 热浸镀铝表面微弧氧化陶瓷层的制备工艺  24-26
    2.3.1 陶瓷层的制备系统  24-25
    2.3.2 微弧氧化电解液的配制  25
    2.3.3 微弧氧化处理  25-26
    2.3.4 后处理工艺  26
  2.4 分析和测试方法  26
    2.4.1 微观组织观察与分析  26
    2.4.2 微观硬度测试  26
    2.4.3 热疲劳性能测试  26
  2.5 本章小结  26-28
3 热浸镀铝试样截面微观组织及厚度变化  28-37
  3.1 热浸镀铝试样微观组织  28-29
  3.2 XRD 成分分析  29-31
  3.3 热浸镀铝涂层厚度变化  31-36
    3.3.1 热浸镀铝层的厚度变化趋势  31-32
    3.3.2 热浸镀铝层的形成机理讨论  32-33
    3.3.3 热浸镀铝过程中形成的金属间化合物相  33-35
    3.3.4 热浸镀铝层的形成过程  35-36
  3.4 本章小结  36-37
4 微弧氧化过程及试样微观组织  37-45
  4.1 微弧氧化过程描述  37-38
  4.2 陶瓷层表面微观形貌  38-39
  4.3 涂层截面微观形貌及表面层相组成  39-40
  4.4 复合涂层截面的元素分布  40-42
  4.5 微弧氧化陶瓷层的形成机理  42-43
  4.6 本章小结  43-45
5 微弧氧化试样硬度及热疲劳性能研究  45-50
  5.1 微观硬度分布及其机理讨论  45-46
    5.1.1 微观硬度分布实验结果  45-46
    5.1.2 微弧氧化陶瓷层微观硬度分布讨论  46
  5.2 热疲劳性能测试  46-49
    5.2.1 实验用基底材料及其尺寸  46-47
    5.2.2 试验方法  47
    5.2.3 膜层热疲劳性能测试结果与分析  47-49
  5.3 本章小结  49-50
6 结论与展望  50-52
  6.1 结论  50
  6.2 展望  50-52
致谢  52-53
参考文献  53-57
附录  57

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 腐蚀的控制与防护 > 金属表面防护技术 > 金属复层保护
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