论文部分内容阅读
高硅铸造铝合金ZL109作为活塞的制作材料,具有重量轻、比强度高、导热性好、热膨胀系数小等特点,但硬度低、化学性质活泼易发生擦伤和腐蚀,限制了其使役性能。所以,本文将通过微弧氧化技术在铝合金表面原位生成陶瓷膜层,硬度的提高和致密层的存在,提升基体材料的耐磨损和耐腐蚀性能;由于陶瓷膜层表面较高的粗糙度,在干摩擦工况下表现出较高的摩擦系数且加剧了摩擦副之间的磨损,故将在陶瓷膜层的基础上采用固体润滑技术,制备低剪切力软质复合涂层,进一步改善其减摩性能。具体研究内容将从以下几个方面展开:(1)微弧氧化工艺参数的控制与优化,首先以氧化时间为轴线研究膜层的微观生长规律,并在此基础上开展正向电压阶段式调节制度的研究,以期制备出致密层比例较大、硬度较高的膜层做承载基底。(2)为改善陶瓷膜层的减摩性能,利用膜层表面自生的放电孔道、裂纹、凹凸结构等,充当润滑剂织构储池,且加强机械锁固效应,制备固体润滑复合涂层。采用精细抛光处理制备P-MAO涂层,采用抛涂WS2粉体的方法制备P-MAO-W、MAO-W涂层;采用旋涂工艺制备陶瓷基聚酰亚胺有机复合涂层MAO/PI、以及润滑剂掺杂的MAO/(PI+WS2)复合涂层。并通过EDS、SEM/BSE、XRD、imageJ、粗糙度测试仪、厚度测试仪、维氏硬度仪、往复式摩擦磨损试验机等,对陶瓷膜层及复合涂层的微观结构、组成及摩擦学性能进行测试。实验结果表明:(1)在0-60min氧化时间内,陶瓷膜层厚度及粗糙度均逐渐增大,但膜层生长速率逐渐放缓,而粗糙度的最大增幅出现在10-20min时间段内;致密层比例及膜层孔隙率呈现先增大后减小趋势,在40min时致密层比例最大约为5/8,在30min时孔隙率最大约为22.8%;膜层主要成分为γ-Al2O3,后期α-Al2O3和mullite成分逐渐增多。(2)阶段式控制研究中,对膜层厚度影响的显著程度依次为:第二阶段、第一阶段、第三阶段,当使用460-420-380V电参数时,膜层厚度达到70μm左右,较420V单一参数增加约10μm;同时发现正负相电压的比值影响着放电模式的转变。(3)陶瓷膜层经精细抛光或抛涂纳米润滑颗粒形成抛光薄膜后,可显著降低涂层表面粗糙度(可由MAO的3.5μm降低至P-MAO-W的0.44μm);可有效降低摩擦系数及摩擦副的磨损,MAO组摩擦系数2min内迅速升至1.2,而MAO-W与P-MAO-W较长时间内稳定在0.25和0.07左右。(4)MAO/PI及MAO/(PI+WS2)复合涂层有效地降低了摩擦副之间的摩擦磨损并延长了涂层的失效时间,其中MAO/(PI+WS2)涂层摩擦系数约为0.4较MAO涂层降低约50%;MAO/(PI+WS2)涂层对铸铁销的磨损质量约为0.4mg约为MAO膜层的1/11;MAO/(PI+WS2)涂层失效的加载力为70N,有效时间为35min,分别为MAO膜层的2.3倍和2.7倍,承载能力及抗粘着性能得到大幅度提升。