微弧氧化鋁合金試驗

1、微弧氧化鋁合金實驗一、實驗目的：1.大概了解微弧氧化工藝的原理、操作步驟以及其對材料的強化方式.2.通過實驗與“材料性能學的理論知識相結合.二、實驗原理：微弧氧化又叫等離子陽極氧化,微弧氧化是從傳統(tǒng)的陽極氧化過程中衍化來的,是在陽極氧化的過程中,對陽極施加高強度的電壓,造成電流擊穿陽極的過程,突破了傳統(tǒng)的陽極氧化對電壓,電流的限制.在擊穿的過程中,會在金屬形成的陽極氧化薄膜上發(fā)生弧光放電現(xiàn)象,從而形成放電通道,在微弧放電的過程中,會形成高溫高壓的條件,從而使金屬表面生成優(yōu)與原來的普通陽極氧化形成的氧化膜.微弧氧化就是將原來的普通陽極氧化的法拉第區(qū)引入到高壓放電區(qū)域,克服原來普通陽極氧化對于難以

2、快速生成的,低效率的缺陷,極大提升了膜層的綜合性能.提升了基體與氧化層的結合力,結構致密,力學性能好,具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫沖擊和電絕緣等特性.并且該工藝操作簡單,不繁瑣,不會產(chǎn)生對環(huán)境有污染的副產(chǎn)品,具有廣闊的應用前景.三、實驗設備及材料：試樣及實3藥品：30mm*25mm*2mm的LY12板材假設干、微弧氧化溶液3份表1一微弧氧化溶液配置溶液號六偏磷酸鈉g/l硅酸鈉g/l鴇酸鈉g/l1351019.22351022.53351025.9實驗設備：JHMAO-220/10A型便攜式微弧氧化電源圖1、超聲波清洗機圖2、TT260覆層測厚儀圖3、HXD-1000TMC/LCD型顯微硬度計

3、、熱鑲嵌儀圖4、MSD倒置金相顯微鏡及圖像分析系統(tǒng)、煙霧腐蝕測量儀圖1JHMAO-220/10A型便攜式微弧氧化電源圖2超聲波清洗機圖3TT260覆層測厚儀及其探頭圖4熱鑲嵌儀四、實驗步驟:1、工件前處理：除油除銹主要除去工件外表的各種油脂,這些油污包括植物油、動物油和礦物油.只有將這些油污徹底去除,才能到達工件的外表全部被水所潤濕的目的.2、拋光：使工件外表更加平整,微弧氧化膜層更加均勻.3、超聲波清洗機漂洗.1000ml燒杯中用去4、微弧氧化：1根據(jù)試驗方案及實驗條件,稱取所需的電解質,在離子水溶解.(2)將配置好的溶液放入冷卻水槽中,按要求連接好陰極和陽極,注意保證工件和線路良好的接觸,

4、否那么氧化時會因接觸不良產(chǎn)生局部漏電現(xiàn)象.(3)啟動攪拌器,假設使用小型冷卻水槽,那么不需要冷去系統(tǒng),其放出的熱量能夠很快放出.(4)啟動微弧氧化電源,選擇適宜的工作方式(恒流或恒壓),按實驗條件設定工藝電參量進行微弧氧化.(5)實驗過程結束后,關閉微弧氧化電源及其它設備.5、取出工件,用蒸儲水沖洗,枯燥,對試樣進行硬度,厚度,磨損,腐蝕等等性能的檢測,并最終完成實驗報告五、實驗結果及數(shù)據(jù)鋁合金微弧氧化宏觀形貌：微弧氧化過程可以概述為4個階段,每個階段都有其獨特的反應.在本次實驗中,以鴇酸鈉為主要的著色劑,通過改變其濃度,改變電壓大小,從而使鋁合金的陶瓷膜層發(fā)生改變.其中宏觀的形貌改變如下列圖

5、：其中由圖5可知,只經(jīng)過除銹除油,清洗,拋光打磨等步驟,而沒有參與微弧氧化的反響的鋁合金其形貌,只僅僅具有鋁金屬本身的金屬光澤.其中參加115g的鴇酸鈉之后,進行微弧氧化實驗,對鋁合金給予330V,340V,380V,三種氧化電壓進行高壓擊穿,在鋁合金外表出現(xiàn)明顯顏色變化,能夠用肉眼明顯的觀察到,其中由圖6可以觀察到.其顏色比明亮金屬色更如同淺灰色.在向電解液中參加20g的鴇酸鈉,并對試樣給予280V,290,330V不等的給定電壓值,使鋁合金進行微弧氧化反響,生成陶瓷膜,在這次實驗中能夠看到,鋁合金的外表生成的陶瓷膜,較上一次的實驗有了很大的變化,其宏觀形貌由圖7可知,其鋁合金微弧氧化生成的

6、陶瓷膜顏色更加的變深灰色.在向電解液中參加20g的鴇酸鈉,并對試木W(wǎng)合予260V,280,330V不等的給定電壓值,使鋁合金進行微弧氧化反響,生成陶瓷膜,在這次實驗中能夠看到,鋁合金的外表生成的陶瓷膜,較上一次的實驗有了很大的變化,其宏觀形貌由圖8可知,其鋁合金微弧氧化生成的陶瓷膜顏色為黑色.圖5鋁合金原樣圖6淺灰色鋁樣圖7深灰色鋁樣圖8黑色鋁樣鋁合金微弧氧化微觀形貌:經(jīng)過粗磨,精磨,拋光,腐蝕后,可以利用金相顯微鏡能夠對微弧氧化后的鋁合金陶瓷膜進行觀察,如圖9.可以看出,在微觀中,微弧氧化反響生成的陶瓷膜層較規(guī)整,平滑,但是其膜層厚度不是相同,由此可見,不同的濃度,不同給定電壓對于微弧氧化生

7、成的鋁合金陶瓷膜都有其獨特的影響.強c*圖9陶瓷膜微觀形貌電壓對鋁合金微弧氧化膜生長的影響：實驗選取了380V,340V,330V,290V,280V,260V六個電壓來分別進行試驗.氧化膜硬度厚度如下表所示,通過下表可知：隨著電壓增大,氧化膜的硬度、厚度也隨之增加.通過對陶瓷膜形貌進行觀察發(fā)現(xiàn)電壓為300V以下時陶瓷膜外表更加均勻,致密性更好,300V以上陶瓷膜變的粗糙,光潔度變差,并有稍微的燒蝕現(xiàn)象.其中溶液配制為第一次為210g六偏磷酸鈉,60g硅酸鈉,115g鴇酸鈉見表2第二次為210g六偏磷酸鈉,60g硅酸鈉,115g鴇酸鈉見表3第三次210g六偏磷酸鈉,60g硅酸鈉,115g鴇酸鈉

8、見表4表2一不同電壓下強度與厚度330V340V380V陶瓷膜的強度HV1164.831104.201275.06陶瓷膜的厚度以m35.8136.6834.25氧化時間min888表3一不同電壓下強度與厚度280V290V330V陶瓷膜的強度HV1641.601004.001067.46陶瓷膜的厚度以m41.3441.7445.93氧化時間min101010表4一不同電壓下強度與厚度260V280V330V陶瓷膜的強度HV109.971253.731364.88陶瓷膜的厚度以m56.3044.4453.11氧化時間min555可以看出,在同一組實驗中,濃度不變,只是增加電壓,或者減小電壓,對于

9、板材的硬度,鍍膜層的厚度都有很大的影響.在鴇酸鈉濃度百分比為30%時,隨著電壓的增大,板材的硬度有了好呢大的提升,然而,陶瓷膜的厚度并未發(fā)生很大的變化,從而可直到再次濃度比下的最適合的電壓為340V.在鴇酸鈉濃度百分比為33%時,隨著電壓的增大,板材的硬度反而是愈來愈小,然而,陶瓷膜的厚度發(fā)生很大的變化,逐漸有些微增厚,從而可直到再次濃度比下的最適合的電壓為280V.在鴇酸鈉濃度百分比為36%時,隨著電壓的增大,板材的硬度有了很大的提升,然而,陶瓷膜的厚度波動范圍有很大的浮動,從而可直到再次濃度比下的最適合的電壓為330V.其原因可能是隨著電壓的升高,擊穿電流同樣發(fā)生改變,當電壓過高時,擊穿電

10、流不斷在金屬外表穿過,鋁合金具有高阻抗性,從而使金屬外表的溫度不斷升高,產(chǎn)生的熱能不斷增多,使表層的氧化鋁薄膜被高溫灼燒從而燒焦.電解液濃度對鋁合金微弧氧化膜生長的影響：本實驗主要研究電解液中鴇酸鈉濃度對鈦合金微弧氧化后陶瓷膜的影響.實驗選用電解液硅酸鈉均為10g/L,六偏磷酸鈉均為35g/L,鴇酸鈉濃度分別19.2g/L、22.5g/L、25.8g/L五種電解液濃度.電壓選取330V.對陶瓷膜硬度、厚度的檢測結果如下表3所示,通過對數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：當鴇酸鈉濃度過低時時,火花放電現(xiàn)象不明顯,陶瓷膜不會出現(xiàn)明顯發(fā)黑現(xiàn)象,增大鴇酸鈉濃度,氧化膜厚度增加并且增厚速度變快.當鴇酸鈉濃度增加到25.8g/

11、L時,鋁合金微弧氧化膜外表產(chǎn)生明顯的黑化現(xiàn)象.其中陶瓷膜在同種電壓,不同濃度時的強度的變化見表5,陶瓷膜在同種電壓,不同濃度時的膜層厚度的變化見表6.表5不同濃度下強度強.濃19.20g/L22.5g/L25.8g/L260V1099.97HV280V1641.6HV1253.73HV290V1004HV330V1164.83HV1067.46HV1364.88HV340V1104.2HV380V1275.06HV表6不同濃度下厚度厚濃19.20g/L22.5g/L25.8g/L260V56.3mm280V41.34pm44.44nm290V41.74nm330V35.81pm45.93mm5

12、3.11mm340V36.68mm380V34.25mm硬度厚度值均為隨機測量5個點后求得的平均值從圖表中,我們不難發(fā)現(xiàn),在電壓不發(fā)生改變時,僅僅改變溶液的濃度,對于樣品的硬度,以及陶瓷層的厚度都有不小的影響,其并非是遞增或遞減單一的變化.在額定電壓為280V時,隨著鴇酸鈉的濃度百分比的升高,其樣品的硬度反而是降低的,而微弧氧化生成的陶瓷膜厚度趨勢是上升的.在額定電壓為330V時,隨著鴇酸鈉的濃度百分比的升高,其樣品的硬度存在一定的低谷指,其具有一定的浮動范圍,其浮動范圍為200HV左右,而微弧氧化生成的陶瓷膜厚度趨勢是上升的.由此可見,隨著濃度的提升,在一定額定電壓下,其微弧氧化形成的陶瓷膜

13、膜層存在增加的趨勢.其原因有在一開始,溶液濃度并不是很高,其中溶液電離的離子,如鈉離子,硅離子,鴇離子等,存在的含量不多,所以在陽極外表聚集的也不是很多,隨著濃度的上升,溶液內的離子分布或者陽極附近的離子增多,從而是陽極氧化進行的很好,黑化陶瓷膜形成的就會很好,但濃度太大的時候,就會影響導電粒子的移動,或者在陽極形成陽極泥,最終影響陶瓷膜的形成.鋁合金微弧氧化陶瓷膜經(jīng)過鹽霧腐蝕后的形貌：本次實驗為鹽霧腐蝕,其配置煙霧濃度為15%,耗時時間為48小時,最終結果,只有為進行微弧氧化的鋁合金原樣被腐蝕,有明顯的腐蝕跡象,而其它的試樣并沒有發(fā)生很大的變化.其中圖10為未經(jīng)過微弧氧化的鋁板原樣,圖11為

14、經(jīng)過微弧氧化反響生成有陶瓷膜而沒有進行鹽霧腐蝕的試樣.經(jīng)過48小時之后,試樣宏觀形貌如下,其中圖12為原樣腐蝕之后的圖像,圖13為經(jīng)過微弧氧化處理之后的試樣.可以看出,在原樣未進過微弧氧化的局部,有明顯的腐蝕生銹現(xiàn)象,其外表有明顯的銹漬,用砂紙稍微打磨就能看到原來的鋁合金金屬層,而其他樣品那么沒有發(fā)生很大的變化,只有在邊角以及圓孔附近出現(xiàn)明顯的脫落現(xiàn)象,其可能是由于,在微弧氧化過程中,邊角以及圓孔附近微弧氧化發(fā)生的反響不是很好,造成的結果是陶瓷膜層與基體的結合力不夠.不過,除此之外,可以看出在具有微弧氧化生成的陶瓷膜處具有良好的抗腐蝕水平.探究其原因,本身氧化鋁就具有很好的抗腐蝕的水平,經(jīng)過微

15、弧氧化,在金屬的外表均勻的形成陶瓷膜層,較一般的陽極氧化生成的陶瓷膜更加的均勻,光滑的陶瓷膜,其更加不容易使外表被腐蝕.圖10鋁板原樣圖11試件原樣圖12鋁板原樣登迎后圖13試件原樣腐蝕后六、實驗結論：1、試樣外觀形貌：研究發(fā)現(xiàn),溶液中未添加或添加的鴇酸鈉濃度未超過8g/L時,試樣表面都能形成一層均勻的,光滑而致密的灰白色陶瓷膜,參加的鴇酸鈉濃度超過19g/L時,陶瓷膜的顏色開始向黑色轉化,且隨著鴇酸鈉的濃度增加,陶瓷膜的黑色飽和度增加,變化過程根本為銀灰色-灰褐色-淺黑色-黑色.2、試樣陶瓷膜強度：研究發(fā)現(xiàn),在鋁合金微弧氧化過程中,在同中濃度下,隨著電壓的每升高10V20V,陶瓷膜的強度也隨之升高15%至20%,但當電壓過高時,陶瓷膜的強度就會隨之減小.而在同一電壓的情況下,溶液中的離子濃度越大,每增加20g鴇酸鈉,陶瓷膜的強度也隨之升高10%左右,但是過高的濃度并不會使強度一直增大.并且可以看出,氧化電壓是影響陶瓷膜的強度的主要因素.3、試樣陶瓷膜厚度研究發(fā)現(xiàn),在鋁合金微弧氧化過程中,在同中濃度下,隨著電壓的每升高10V20V,陶瓷膜的厚度也隨之升高0.9%左右,但當電壓過高時,陶瓷膜的厚度就會與其成反比.而在同一電壓的情況下,溶