学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

铝合金表面阳极氧化膜的耐热性能研究

作　者: 于佳音
导　师: 乔英杰
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 材料学
关键词: 铝合金阳极氧化膜耐热性能开裂
分类号: TG146.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 11次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

铝合金由于具有高的比强度、导热、导电性能、优良的抗大气腐蚀能力、优异的加工性能等特点在航空、航天等领域广泛应用。阳极氧化技术对铝及其合金进行表面处理后可提高铝合金的耐蚀及耐磨性能，在实际应用中已成为铝合金表面处理比不可少的工艺之一。随着航空航天工业的发展，各类飞行器飞行速度不断提高，工作环境越来越苛刻，飞机器其表面的热冲击问题和气动加热十分突出。对材料要求有足够的飞行强度和刚度，从而要求作为结构材料的铝合金必须承受高的热负荷，但铝合金表面阳极氧化膜由于与铝合金基体热膨胀系数差异而在热环境中产生热应力，甚至开裂，导致氧化膜的防护作用失效。因此，本文对比分析了航空航天领域常用的2024、7075、6063铝合金表面阳极氧化膜的开裂行为，研究阳极氧化电流密度、阳极氧化时间、电解液中冰乙酸添加量对三种铝合金表面阳极氧化膜耐热性能的影响。研究结果表明，2024、7075、6063三种铝合金在阳极氧化过程中生长速率不同，其中2024铝合金生长率最低为0.13μm/min。三种合金表面的阳极氧化膜的硬度变化顺序为：6063铝合金＞7075铝合金＞2024铝合金。2024铝合金表面的阳极氧化膜具有较低的弹性模量值（34.331Gpa），低于7075铝合金表面阳极氧化膜的（66.350GPa）和6063铝合金表面阳极氧化膜（94.447GPa）。对三种铝合金表面的阳极氧化膜进行耐热性测试后发现，对于2024铝合金和7075铝合金，增加氧化膜形成过程中的电流密度、延长阳极氧化时间会增加阳极氧化膜热处理过程中的开裂行为；0.1mol/L冰乙酸加入到草酸电解液中后会增加形成阳极氧化膜的热开裂行为，但冰乙酸填量增加后，形成的阳极氧化膜开裂行为增加。不同铝合金在相同阳极氧化工艺下制备的阳极氧化膜热开裂趋势为2024＞7075＞6063铝合金。基于弯曲梁理论的数学模型和有限元方法，对相同工艺条件、相同厚度下的阳极氧化膜内热应力进行计算，表明相同的热环境下铝合金表面阳极氧化膜内热应力6063＞7075＞2024。并用XRD、差热、表面能谱手段分析阳极氧化膜热处理前后的状态，发现500℃热环境下阳极氧化膜未发生微结构改变，而热处理过程中引起的失水使的阳极氧化膜内产生微裂纹，微裂纹在热应力的作用下扩展。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-24
  1.1 项目研究背景及意义  11-12
  1.2 铝合金阳极氧化膜的制备技术研究  12-17
    1.2.1 铝合金阳极氧化技术概述  12
    1.2.2 铝合金阳极氧化的结构、组成及性能  12-15
    1.2.3 铝合金类型及工艺对膜性能影响  15-17
  1.3 铝合金阳极氧化膜的耐热性研究现状  17-19
    1.3.1 铝合金类型对耐热性影响  17-18
    1.3.2 阳极氧化制备工艺对耐热性影响  18
    1.3.3 铝合金热处理工艺对对耐热性影响  18-19
  1.4 阳极氧化膜开裂机理研究  19-23
    1.4.1 阳极氧化膜缺陷  19-20
    1.4.2 阳极氧化膜内应力  20-21
    1.4.3 阳极氧化膜开裂机理  21-23
  1.5 本论文研究内容  23-24
第2章阳极氧化膜的制备  24-28
  2.1 原材料选择  24
  2.2 阳极氧化实验方案设计  24-26
    2.2.1 铝合金预处理方案  24
    2.2.2 阳极氧化膜制备方案  24-26
    2.2.3 阳极氧化膜封孔方案  26
  2.3 主要实验设备及试剂  26
    2.3.1 主要采用的仪器和设备  26
    2.3.2 主要采用的化学试剂  26
  2.4 材料性能评价方法  26-27
    2.4.1 阳极氧化膜表面形貌分析  26-27
    2.4.2 阳极氧化膜显微硬度测试  27
    2.4.3 阳极氧化膜厚度测量  27
    2.4.4 阳极氧化膜耐热性能测试  27
    2.4.5 阳极氧化膜热失重测量  27
    2.4.6 阳极氧化膜弹性模量测量  27
  2.5 本章小结  27-28
第3章阳极氧化膜性能研究  28-35
  3.1 阳极氧化膜生长动力学曲线  28-29
  3.2 阳极氧化膜显微形貌  29-30
  3.3 阳极氧化膜厚度变化  30-32
  3.4 阳极氧化膜硬度变化  32-33
  3.5 阳极氧化膜显微机械性能  33-34
  3.6 本章小结  34-35
第4章阳极氧化膜的耐热性研究  35-45
  4.1 2024 铝合金表面氧化膜的耐热性  35-37
    4.1.1 电流密度对氧化膜耐热性影响  35-36
    4.1.2 冰乙酸浓度对氧化膜耐热性影响  36
    4.1.3 阳极氧化时间对氧化膜耐热性影响  36-37
  4.2 7075 铝合金表面氧化膜的耐热性  37-41
    4.2.1 电流密度对氧化膜耐热性影响  37-39
    4.2.2 冰乙酸浓度对氧化膜耐热性影响  39-40
    4.2.3 阳极氧化时间对氧化膜耐热性影响  40-41
  4.3 6063 铝合金表面氧化膜的耐热性  41-43
    4.3.1 电流密度对氧化膜耐热性影响  41-42
    4.3.2 冰乙酸浓度对氧化膜耐热性影响  42
    4.3.3 阳极氧化时间对氧化膜耐热性影响  42-43
  4.4 三种类型铝合金表面氧化膜的耐热性比较  43-44
  4.5 本章小结  44-45
第5章阳极氧化膜高温开裂机制研究  45-57
  5.1 阳极氧化膜热应力计算  45-49
    5.1.1 阳极氧化膜理论热应力计算Ⅰ  45-46
    5.1.2 阳极氧化膜理论热应力计算Ⅱ  46
    5.1.3 阳极氧化膜理论热应力计算Ⅲ  46-49
  5.2 稀土铈盐封孔膜开裂机制研究  49-54
    5.2.1 阳极氧化膜热处理前后微结构  50
    5.2.2 铈盐封孔前后阳极氧化膜热失重  50-52
    5.2.3 铈盐封孔阳极氧化膜热处理前后表面形貌及能谱  52-54
  5.3 阳极氧化膜开裂机制讨论  54-56
    5.3.1 未封孔阳极氧化膜开裂机制  54-55
    5.3.2 铈盐封孔阳极氧化膜开裂机制  55-56
  5.4 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-64
攻读学位期间发表的论文和取得的科研成果  64-65
致谢  65

铝合金表面阳极氧化膜的耐热性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文