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铝合金复合硬质阳极氧化及其机理研究

作　者: 杨永泽
导　师: 陈岁元
学　校: 东北大学
专　业: 材料学
关键词: 2024铝铜合金硬质阳极氧化脉冲电源热处理共生沉积
分类号: TG174.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文通过对2024铝铜合金的硬质阳极和复合硬质阳极氧化,及氧化膜层的热处理技术进行系统研究,以便获得在铝合金表面制备具有高耐磨和低摩擦系数氧化膜的阳极氧化新技术,为复合阳极氧化技术的应用奠定实验和理论基础。以硫酸、草酸、氨基磺酸为基础电解液,研究了槽液成分、氧化温度、四种不同电源波型等对2024铝铜合金硬质阳极氧化膜层的硬度和厚度的影响,实验表明脉冲电源的引入比单一直流电源所获得的氧化膜层的硬度高,尤其双脉冲电源在氧化温度为10℃时仍能获得硬度在400HV以上的硬质氧化膜层。利用直流电源制备出硬度均在400HV左右的硬质阳极氧化膜,然后对其进行在氢气保护条件下的100～400℃范围的热处理实验,结果表明,随着热处理温度的升高,硬质膜层的硬度呈现大幅度的提高、而韧性随之降低的趋势；优化出的热处理温度为250℃,其样品的硬度为606HV,磨损量最低为11mg,具有高的表面硬度、韧性和良好的耐磨性能。通过氧化膜层微观形貌的分析发现,随着热处理温度的不断升高氧化膜的结构单元变得非常致密,一些孔隙缺陷在减少,截面中的细长管道排列的非常紧密。为了提高硬质阳极氧化膜层的硬度和耐磨性能,进行了复合硬质阳极氧化,在阳极氧化膜层中共生沉积第二相粒子。实验结果表明添加纳米SiC的直流复合硬质阳极氧化,硬质氧化膜层得到增强,当SiC的添加量为12g/L时,氧化膜硬度由400HV左右,提高到440HV,磨损量由原来普通硬质阳极氧化时25mg降到8mg；而添加PTFE固体润滑材料的直流复合阳极氧化所获得的复合硬质阳极氧化膜层,其硬度变化不大,添加了25ml/L PTFE的复合硬质阳极氧化,氧化膜层的硬度仍为400HV左右,但其摩擦系数平均在0.1以下,有大幅度降低,磨损量最低为7mg。镶嵌在氧化膜层中的纳米SiC,在摩擦过程中逐渐暴露,由于硬度高可以承接大部分载荷,起到提高氧化膜耐磨性能的作用；复合在氧化膜中的PTFE为固体润滑颗粒,与摩擦副接触可形成润滑膜层,从而降低摩擦系数,起到了自润滑作用而保护了氧化膜。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第一章绪论  10-24
  1.1 引言  10
  1.2 铝合金阳极氧化及其工艺技术  10-16
    1.2.1 铝合金阳极氧化成膜过程及成膜机理  10-15
    1.2.2 铝合金阳极氧化工艺技术  15-16
  1.3 硬质阳极氧化技术  16-19
    1.3.1 硫酸溶液的硬质阳极氧化  16-17
    1.3.2 其它溶液的硬质阳极氧化  17-18
    1.3.3 微弧氧化技术  18
    1.3.4 不同电源波形在硬质阳极氧化中的应用  18-19
  1.4 含铜铝合金硬质阳极氧化  19-21
  1.5 阳极氧化膜复合处理技术  21-23
  1.6 本课题主要研究的目的、意义和任务  23-24
第二章实验材料及研究方法  24-29
  2.1 实验材料  24-25
  2.2 实验装置  25-26
    2.2.1 实验设备  25
    2.2.2 检测设备  25-26
  2.3 阳极氧化实验工艺过程  26
    2.3.1 阳极氧化电解液的配制  26
    2.3.2 阳极氧化总工艺流程  26
  2.4 硬质阳极氧化样品的分析方法  26-29
第三章硬质阳极氧化研究  29-48
  3.1 引言  29
  3.2 硬质阳极氧化技术路线  29
  3.3 硬质阳极氧化工艺  29-46
    3.3.1 氧化前预处理  29-32
    3.3.2 硬质阳极氧化实验工艺  32-46
  3.4 氧化膜均匀性的控制  46-47
  3.5 本章小结  47-48
第四章热处理对阳极氧化膜层的影响研究  48-62
  4.1 实验条件和方法  48-49
  4.2 实验结果与讨论  49-60
    4.2.1 热处理温度与氧化膜层硬度的关系  49-50
    4.2.2 热处理对试样表面形貌的影响  50-54
    4.2.3 热处理后氧化层硬度梯度变化及其韧性的影响  54-55
    4.2.4 热处理对氧化膜层摩擦性能的影响  55-58
    4.2.5 热处理后样品XRD物相分析  58
    4.2.6 热处理后样品SEM微观形貌分析  58-60
  4.3 本章小结  60-62
第五章铝合金复合硬质阳极氧化研究  62-76
  5.1 引言  62
  5.2 复合阳极氧化基本理论  62-63
  5.3 添加纳米SiC颗粒的复合硬质阳极氧化  63-70
    5.3.1 复合硬质阳极氧化  63-64
    5.3.2 实验结果与讨论  64-70
  5.4 添加PTFE复合硬质阳极氧化  70-74
    5.4.1 复合硬质阳极氧化  70-71
    5.4.2 实验结果与讨论  71-74
  5.5 本章小结  74-76
第六章结论  76-77
参考文献  77-82
致谢  82

铝合金复合硬质阳极氧化及其机理研究

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