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微弧氧化膜层性能方面的分析

发布时间:2021-03-31浏览次数:1382

1.膜层硬度的分析

由于铝质材料存在质软、易磨损、易损伤等弱点,因此,提高铝及其合金的强度、硬度及耐磨性成为开发利用铝及其合金产品的关键。由于微弧氧化处理可以在铝、镁、钛等金属及其合金表面原位生长金属氧化物陶瓷层,众所周知,陶瓷具有较高的硬度,因此,可以通过微弧氧化处理提高金属表面硬度。

对于本试验来说,无论从电解液浓度的选取上,还是从电信号参数的设定上,均是以实现低能耗为目的的,所以较低的电流密度决定了较小的陶瓷层显微硬度值。频率的增加,使得单个脉冲的放电时间缩短,放电能量降低,但增加了同一时间内的放电次数,对于本试验所选用的窄脉冲直流电源来说,较低的放电能量在陶瓷层上释放的次数得到增加,而这部分能量很难用来增加膜厚,更多的是用在了膜层表面致密层的增加上,所以硬度越来越大;占空比的增加,施加在陶瓷膜上的电流密度也随之增加,一方面随着电流密度的增加,单脉冲能量加大,作用在单位面积上的能量越来越高,表面放电越来越剧烈,随着电流密度的提高,生成的陶瓷膜越来越厚,但致密层在膜层中所占的比例却迅速降低,致使陶瓷层的显微硬度有了较大幅度的降低。

2.膜层粗糙度的分析

对不同电信号参数下的陶瓷层进行粗糙度分析,表面粗糙度随频率的增加而增加,随占空比的增加而增加,但均不是线性关系:而且还可以得出:频率的改变对表面粗糙度的影响不是很大,占空比对其的影响较大。因为占空比的增加,直接增大了单位脉冲的放电能量,放电程度越来越剧烈,陶瓷层表面的熔融物逐渐聚集,增大了氧化膜厚度方向上的不均匀性,导致了粗糙度较大幅度的增加。

有文章指出,表面粗糙度随处理时间(或氧化膜厚度)的增加而线性增加,本试验中膜层厚度随频率和占空比的增加也是呈增加的趋势,所以粗糙度也呈增加的趋势,与该结论吻合;但是,由于本文所采取的电源模式的不同,氧化膜厚度并不与粗糙度呈线性关系。

3.膜层表面形貌

 本文对在不同频率和不同占空比下的陶瓷,『去表面进行了扫描电镜分析,给m了这些样品表面形貌放人500倍的SEM照片。

 随着频率的增JJ|l4LfF]数帚逐渐减少,孔径变小,粗糙度增加,表面变得flr】凸/fi·f£。卜要足因为在}乜』正和l吁空比不变的情况下,随着频率的增加,单化时问内放『乜次数增多,膜层变厚,此时显微硬度也,l!增加,Im频率的增加,并没有改变单个脉冲的放电能量,此时的放}BI,ZJ*bIu.兀II能击穿更薄弱的部位,这Ⅱ警部位一股都集中任孔的边缘,所p,4L内进行了再次放电,放电通道内喷m的熔融物增多,所以孔的数量减少,使得孔径变小,农而变得j}}l糙。

随着占空比的增加,放电微孔数量减少,孔径变大,氧化膜在厚度方向上变得更加不均匀。这是因为占空比增大,脉冲放电强度增加,反应更剧烈,氧化膜被熔化向放电通道外喷出的熔融物增多,并且在不同的孔径周围凝固堆积的量不同,大孔径周围堆积得多,小孔径周围堆积得少,增加了氧化膜厚度方向的不均匀性,使氧化膜表面的粗糙度增加,膜层的显微硬度减小。

放电强度较大时,氧化膜层表面存在着凹坑,这些凹坑为微等离子体放电通道。在微弧氧化过程中,孔底部为等离子体区阳极,等离子区与溶液界面为阴极,等离子体放电产生的大量热量将局部的A1203熔化,每个弧点存在的时间很短,其瞬问温度超过2000℃,处于等离子体态。此区域存在熔融甚至气化的A1203A1,并与溶液发生反应,激冷形成a--A12037--A1203和基体触相。

4膜层表面相组成结构的分析

在改变电信号参数的情况下,分别对不同的陶瓷膜层进行相组成的分析。通过XRD分析可知,对于改变电信号参数条件下所进行的微弧氧化试验,其陶瓷膜内的生成相均为a--A1203),一A1203AI以及大量的非晶相。在电信号参数改变的情况下对4个膜层进行XRD分析,均为基体砧相的含量最高,nA1203次之,A1203的含量最低。当占空比增加时,其相的衍射峰强度有所降低,基体Al相的减少量最多,aA1203),一A1203相的减少量较小。当频率增加时,对于膜层的XRD分析,几乎没有变化,保持了固定了衍射峰强度和相含量。

A1203是一种只能人工制取的晶型铝氧化物,在1050"1500℃它会不可逆转的转变为致密层的a--A1203,微弧氧化工艺条件创造了疏松层),一A1203向致密层aA1203转化的条件。微弧氧化膜是多孔的,在微弧氧化过程中,孔底部为微等离子区阳极,等离子区与溶液界面交界处为准阴极,当熔融A1203106Ks冷却速度急冷时,液滴具有极大的过冷度。McPherson[删研究热喷涂亚稳A1203时发现,液滴温度T小于1700℃时,aA1203相的临界形核自由能/XG。’大于yA1203相的临界形核自由能△q’,根据均匀形核的形核率公式,在较大冷度下),一A1203相的形核率大于仅一A1203相的形核率,因此高冷却速率导致液滴凝固时易形成),一A1203相。微弧氧化过程中,在每个火花熄灭瞬间,熔融的A1203在与溶液接触面上的冷却速度极大,而与膜孔壁接触面冷却速率却较小,因此,陶瓷膜外表面粗糙层),相A1203多。致密层的含量就相对较少;反之在膜层的中间位置的致密层,由于冷却速度较小,口一A1203含量较多,而),一A1203的比率自然就降低了。由于膜层含有大量的口一A1203,使得膜层硬度很高f65】。微弧氧化陶瓷膜与基体间的结合属于冶金结合,陶瓷膜在基体上原位生长,使得膜层与基体间的结合牢固,陶瓷膜不易与基体脱落。


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