【摘 要】
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2024铝合金具有密度低、强度高、塑性好、可热处理等优点,被广泛应用到航空航天、工程机械、国防军工等领域。目前我国弹壳主要采用铜制或钢制,而武器轻量化是提高单兵作战能力的方法之一。采用高强高韧2024铝合金材料制造的军用弹壳能够增加单兵携弹量,然而,2024铝合金低的耐腐蚀性能,制约了高强韧2024铝合金的应用。为提升2024铝合金的耐腐蚀性能,本文在2024铝合金表面制备一层致密均匀的γ-Al2
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2024铝合金具有密度低、强度高、塑性好、可热处理等优点,被广泛应用到航空航天、工程机械、国防军工等领域。目前我国弹壳主要采用铜制或钢制,而武器轻量化是提高单兵作战能力的方法之一。采用高强高韧2024铝合金材料制造的军用弹壳能够增加单兵携弹量,然而,2024铝合金低的耐腐蚀性能,制约了高强韧2024铝合金的应用。为提升2024铝合金的耐腐蚀性能,本文在2024铝合金表面制备一层致密均匀的γ-Al2O3陶瓷膜层,并研究了γ-Al2O3陶瓷膜层的制备工艺、微观组织、力学性能和腐蚀性能。主要开展了以下研究:（1）研究了不同硫酸浓度（100 g/L、200 g/L、300 g/L）、不同电压（20 V、24 V、26 V、30 V、34 V）、不同时间（30 min、40 min、50 min、60 min、70 min）对2024铝合金表面陶瓷膜层组织和性能的影响。结果表明,2024铝合金试样在32 V,60 min,200 g/L H2SO4下制备的陶瓷膜表面更平整,致密性高;陶瓷膜厚度及显微硬度达到最大,分别是62.14μm和273.14 HV;陶瓷膜腐蚀性能最佳,自腐蚀电位最大为-0.60 V,自腐蚀电流密度最小为1×10-6 A/cm~2;在该条件下制备的陶瓷膜层组织和性能最好。（2）研究了阶梯电压工艺对2024铝合金表面陶瓷膜层组织和性能的影响。结果表明,恒定电压制备的陶瓷膜表面平整,孔洞孔径大,阶梯电压制备的陶瓷膜表面呈现鱼鳞状,孔洞孔径小。在阶梯电压30 V,60 min下制备的陶瓷膜显微硬度达到最大值为289 HV,自腐蚀电位最大值为-0.54 V,自腐蚀电流密度最小值为1×10-7 A/cm~2。对电化学阻抗谱分析可得,所制备的陶瓷膜层具有相同的腐蚀界面结构,阶梯电压30 V,60 min下制备的陶瓷膜层的容抗圆半径最大,陶瓷膜阻挡层厚度最厚是132.4 nm。这表明了阶梯电压30 V,60 min下制备的陶瓷膜耐腐蚀性最好。（3）研究了三种添加剂（Al2（SO4）3、Ce（SO4）2、Ce（SO4）2和柠檬酸C6H8O7）对2024铝合金表面陶瓷膜组织和性能的影响。结果表明,三种添加剂都能提升陶瓷膜的各项性能。铝盐添加剂和铈盐添加剂制备的陶瓷膜层显微硬度达到338 HV,比硫酸电解液制备的陶瓷膜显微硬度提高了60 HV。而铈盐和柠檬酸复合添加剂制备的陶瓷膜显微硬度达到372.7 HV,提升了100 HV。在含铈盐的电解液中添加有机酸（C6H8O7）会在2024铝合金陶瓷化过程中形成铈-有机柠檬酸络合物陶瓷膜,铈-有机柠檬酸络合物陶瓷膜的自腐蚀电位最大,自腐蚀电流密度最小,分别为-0.18 V和5.4×10-7 A/cm~2,腐蚀性能最佳。铈-有机柠檬酸络合物陶瓷膜的Nyquist图中容抗圆半径最大,陶瓷膜阻挡层厚度最大为369 nm,这说明了铈盐和柠檬酸复合添加剂制备陶瓷膜的耐腐蚀性最好。
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