【摘 要】
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铝锂合金因具有质轻、较高的比刚度和比强度、良好的低温性能和抗疲劳性以及优良的延展性等特点,更适应现代航空航天技术发展的需求,被认为是21世纪航空航天飞行器最理想的新型结构材料之一。但铝锂合金硬度较低,耐磨性能差及耐蚀性不高等缺点,限制了其在许多工业领域的广泛应用。微弧氧化技术作为一种新型绿色环保的表面处理技术,可以在合金表面原位生长出与基体结合良好,硬度高,耐蚀与耐磨性能好的膜层,是一种极具发展前
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铝锂合金因具有质轻、较高的比刚度和比强度、良好的低温性能和抗疲劳性以及优良的延展性等特点,更适应现代航空航天技术发展的需求,被认为是21世纪航空航天飞行器最理想的新型结构材料之一。但铝锂合金硬度较低,耐磨性能差及耐蚀性不高等缺点,限制了其在许多工业领域的广泛应用。微弧氧化技术作为一种新型绿色环保的表面处理技术,可以在合金表面原位生长出与基体结合良好,硬度高,耐蚀与耐磨性能好的膜层,是一种极具发展前途的表面强化技术。本文以2195铝锂合金为研究对象,在硅酸盐-磷酸盐碱性复合电解液中,通过直流稳流,单脉冲稳流,双脉冲稳流三种不同的电源模式制备了不同参数的微弧氧化膜。通过SEM、XRD、EDS等分析测试手段分析了各参数下膜层的表面与截面形貌,元素、物相组成等,并通过表面粗糙度仪,电化学工作站,摩擦磨损试验机分别分析了膜层的表面粗糙度,耐蚀与耐磨等性能,研究了不同电源模式下微弧氧化工艺对膜层性能的影响机制。在直流稳流电源模式下制备了不同电流密度和不同氧化时间的微弧氧化膜,当电流密度较低时,膜层表面含有较多长条形孔洞,膜层较薄;随着电流密度的增大,膜层孔洞减少,表面形成饼状熔融氧化物,致密度增加;但电流密度增大到6 A/dm2时,放电孔径增大,膜层变得疏松多孔,表面粗糙度逐渐增加;膜层元素为Al,O,Si等元素,膜层主要组成相为γ-Al2O3和少量α-Al2O3。根据氧化膜磨损形貌推断膜层的磨损机理主要为疲劳磨损及轻微的磨粒磨损;摩擦系数平均最低约为0.68,磨损率最低为0.0769×10-3mm3/N﹒m;电流密度为4 A/dm2时膜层的耐蚀性最强,其自腐蚀电流密度为3.334×10-8A·cm-2,致密层电阻Rb值为2.300×106Ω·cm2。在单脉冲稳流模式下制备了不同脉冲频率的氧化膜,与相同时间和电流密度下的直流模式制备的氧化膜相比,膜层主要组成元素和物相组成变化不大,不同频率制备的氧化膜表面形貌以圆饼状为主,表面孔洞减少,膜层表面更致密,因此耐蚀性明显增加,频率为300 Hz时的腐蚀电流密度为1.040×10-8A·cm-2,致密层Rb阻抗值为5.073×107Ω·cm2,约为直流模式氧化膜的20倍。微弧氧化膜的耐磨性与直流稳流模式最好的相比明显降低,最低磨损率为0.1089×10-3mm3/N·m,膜层磨损微观形貌中含有大量磨屑,磨损机理主要为黏着磨损。在双脉冲稳流模式下制备了不同负向电流密度的氧化膜,形成了不同于其他电源模式的类似“荷叶”状的表面形貌;膜层随着负向电流密度的增大,表面粗糙度先升高后降低(由0.93升高到1.40再降低到1.13),整体膜层变得较为光滑;与其它电源模式相比,膜层变得更加致密均匀,耐磨性整体提高,磨损率最低为0.0655×10-3mm3/N·m;膜层的耐腐蚀性随着负向电流密度的增大先减弱后增强,电流密度为5 A/dm2时,膜层耐蚀性最强,自腐蚀电流密度为7.153×10-8A·cm-2,致密层Rb阻值为1.524×107Ω·cm2。
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