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LY12合金喷射式微弧氧化涂层制备及腐蚀性能

作　者: 刘兵
导　师: 王亚明
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: 微弧氧化涂层 LY12铝合金外场修复腐蚀性能
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文以飞机表面腐蚀损伤修复为背景,设计制作了可用于外场修复用的喷射式微弧氧化装置,以飞机蒙皮用LY12铝合金为材料,在硅酸盐电解液体系中制备了微弧氧化陶瓷涂层。详细探讨了喷射式微弧氧化和传统浸入式微弧氧化涂层在生长速度,电流密度和表面形貌上的差别。研究了喷射式微弧氧化涂层用于大面积损伤修复时涂层交叠过渡区的表面形貌及不同工艺下涂层交叠区生长情况,研究了修复实施中阳极放置角度对喷射式微弧氧化放电及涂层生长的影响。为了进一步提高涂层耐腐蚀性能,探讨了两种封孔工艺对涂层腐蚀性能的影响。采用XRD、SEM和EDS等分析方法研究了涂层的物相组成和表面形貌;采用极化曲线、交流阻抗、EXCO溶液浸泡和中性盐雾腐蚀试验系统表征了涂层的耐腐蚀性能。结果表明:喷射式微弧氧化涂层组织结构与浸入式涂层相似。涂层的表面与截面组织观察以及电化学阻抗拟合均可证实,涂层分为内外两层,包括致密阻挡内层与疏松多孔外层。涂层物相以γ-Al2O3为主,含有少量非晶相。喷射式微弧氧化涂层生长速度低于浸入式微弧氧化,但喷射式微弧氧化涂层表面微孔数量和孔径大小均低于同等条件下浸入式微弧氧化涂层。使用喷射-移动式微弧氧化所产生的涂层交叠区表面及截面形貌表明交叠区过渡良好,无粗大微孔和明显缺陷产生,保证了喷射式微弧氧化工艺在外场修复大面积区域应用的可行性。不同氧化时间极化曲线表明,喷射式微弧氧化30min涂层耐腐蚀性能最好,其腐蚀电位比基体提高了0.6V,其腐蚀电流密度比基体降低了4个数量级。浸入式微弧氧化20min涂层耐腐蚀性能最好,其腐蚀电位比基体提高了0.3V,其腐蚀电流密度比基体降低了5个数量级。涂层交流阻抗谱Nyquist图有两个容抗弧,对应Bode图有两个时间参数,分别为疏松外层和致密内层的贡献。EXCO溶液浸泡96h试验结果表明铝合金基体已经发生严重剥蚀,微弧氧化试样仅发生点蚀。中性盐雾试验结果表明铝合金基体120h后发生全面点蚀,微弧氧化30min以上试样耐盐雾腐蚀960h无点蚀发生,表现出良好的耐腐蚀性能。对微弧氧化涂层实施表面封孔处理可以进一步提高涂层腐蚀性能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-21
  1.1 课题背景  10
  1.2 LY12 铝合金传统防护工艺及存在的问题  10-12
    1.2.1 阳极氧化法  11-12
    1.2.2 化学氧化法  12
    1.2.3 磷化底漆法  12
  1.3 微弧氧化工艺简介及应用  12-17
    1.3.1 微弧氧化早期机理研究  12-14
    1.3.2 微弧氧化工艺特点及应用  14-15
    1.3.3 微弧氧化工艺影响因素  15-17
  1.4 LY12 铝合金腐蚀性能研究现状  17-18
  1.5 铝合金氧化膜封孔工艺研究现状  18-20
    1.5.1 水合封闭法  18-19
    1.5.2 重铬酸盐封闭法  19
    1.5.3 水解盐封闭法  19-20
  1.6 本课题研究目的及意义  20-21
第2章试验材料与方法  21-26
  2.1 试验用原料  21
  2.2 喷射式微弧氧化装置的建立  21-23
  2.3 传统浸入式微弧氧化装置  23
  2.4 涂层形貌结构分析  23-24
    2.4.1 涂层厚度测量  23
    2.4.2 XRD物相分析  23-24
    2.4.3 扫描电镜（SEM）观察  24
    2.4.4 金相显微观察  24
  2.5 涂层的耐腐蚀性能测试  24-26
    2.5.1 极化曲线测试  24
    2.5.2 交流阻抗谱测试  24-25
    2.5.3 耐盐雾腐蚀性能测试  25
    2.5.4 EXCO全浸泡测试  25-26
第3章 LY12 铝合金微弧氧化涂层的制备与组织结构  26-47
  3.1 喷射与浸入微弧氧化工艺比较  26-32
    3.1.1 对电流密度影响  26-28
    3.1.2 对涂层生长速度影响  28-29
    3.1.3 对涂层表面形貌影响  29-32
  3.2 喷射式微弧氧化涂层交叠区组织结构特征  32-40
    3.2.1 不同区域电流密度随时间变化关系  33-34
    3.2.2 不同区域涂层表面形貌  34-35
    3.2.3 不同区域涂层物相组成  35-36
    3.2.4 涂层交叠区形貌及元素组成  36-40
  3.3 喷射式阳极不同设置方式对涂层生长的影响  40-43
    3.3.1 涂层生长厚度差别  40-41
    3.3.2 对电流密度影响  41-42
    3.3.3 对表面形貌影响  42-43
  3.4 硅酸盐电解液体系铝合金微弧氧化机制  43-45
    3.4.1 LY12 铝合金微弧氧化生长过程及现象  43-44
    3.4.2 LY12 铝合金微弧氧化过程中的化学反应  44-45
  3.5 本章小结  45-47
第4章 LY12 铝合金微弧氧化涂层耐腐蚀性能  47-80
  4.1 涂层的极化曲线研究  47-54
    4.1.1 不同时间喷射式微弧氧化涂层极化腐蚀性能  48-49
    4.1.2 不同时间浸入式微弧氧化涂层极化腐蚀性能  49-51
    4.1.3 喷射式浸入式等厚涂层极化腐蚀性能  51-52
    4.1.4 不同封孔工艺涂层极化腐蚀性能  52-54
  4.2 涂层交流阻抗谱研究  54-64
    4.2.1 铝合金基体EIS及电路拟合  55-56
    4.2.2 铝合金微弧氧化涂层EIS及电路拟合  56-58
    4.2.3 不同时间喷射式微弧氧化涂层EIS研究  58-60
    4.2.4 不同时间浸入式微弧氧化涂层EIS研究  60-62
    4.2.5 不同封孔工艺涂层EIS研究  62-64
  4.3 涂层EXCO溶液全浸泡腐蚀性能  64-74
    4.3.1 LY12 铝合金基体剥蚀过程  66-70
    4.3.2 LY12 铝合金微弧氧化后EXCO溶液腐蚀失效过程  70-72
    4.3.3 LY12 铝合金微弧氧化后EXCO浸泡中极化曲线变化  72-74
  4.4 涂层耐中性盐雾腐蚀性能  74-79
    4.4.1 LY12 铝合金盐雾腐蚀过程  75-77
    4.4.2 涂层盐雾腐蚀失效过程  77-79
  4.5 本章小结  79-80
结论  80-82
参考文献  82-87
攻读硕士学位期间发表的学术论文  87-89
致谢  89

LY12合金喷射式微弧氧化涂层制备及腐蚀性能

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