论文总字数：23572字

摘 要

铝合金是一种重要的工程材料，它密度小、比强度高、易成形、易加工，在航空航天、汽车、机械、装饰等领域被应用广泛。然而其化学性质活泼，易磨损且质地软的负面性能，限制了其应用。必须对其表面进行处理，才能使得铝在工业中更广泛的运用。微弧氧化—Micro-arc Oxidation简称 MAO，是一种表面陶瓷膜化技术。微弧氧化以工艺简单环保、膜层性能好等特点在铝合金表面改性方面具有很大优势，但同时微弧氧化属于高电压、大电流密度的工作过程，能耗高限制了其工业化应用进程。所以，发展低能耗微弧氧化技术是十分重要的。

本文使用(NaPO₃)₆、Na₂SiO₃、以及添加KF做添加剂的体系，通过控制其他参数不变，比较不同电解液体系及参数下Al合金的起弧时间，电导率，膜层厚度，膜层的腐蚀电流密度以及用扫描电子显微镜(SEM)对膜层表面形貌进行综合分析。结果显示，(NaPO₃)₆体系的微弧氧化膜层综合性能优于Na₂SiO₃体系，而以KF作为添加剂，可以明显提升膜层厚度及耐蚀性能，且可以有效抑制局部烧蚀现象，这对于节约能耗以及提升膜层性能十分有利。

关键词：铝合金；微弧氧化；电解液；添加剂

The boundary conditions of microarc oxidation of AL alloy under different electrolyte parameters

Abstract

Aluminum alloy is an important engineering material. It has small density and high specific strength and it is easy to process and form. It’s Widely used in the field of aerospace, automobile making, mechanics and decoration. However, lively chemical properties and poor corrosion resistance limit their further applications. So, it is necessary for magnesium alloys to have surface modification treatment. Micro-arc Oxidation（MAO）is an anodizing process during which micro-discharges generate dielectric breakdown of the anodic oxide film under high electric field. However, the high energy consumption limits its further applicationin industrial field. So, it is important to develop low energy consumption MAO technology.

This article’s system uses (NaPO₃)₆、Na₂SiO₃ and uses KF as additive. Through the control of other parameters unchanged and through the comparison of Al alloy in different electrolyte systems and parameters of thearcing time, electrical conductivity, coatings thickness, the corrosion current density of coatings and using scanning electron microscopy (SEM) to analyze the surface morphology of the coatings. The results show that, (NaPO₃)₆ system’s micro arc oxidation coating is better than that of Na₂SiO₃ system. In addition, using KF as additive can obviously improve the coatings thickness and corrosion resistance. This can reduce the energy consumption and enhance the performance of coatings .

Keywords：aluminium alloy; micro-arc oxidation; electrolyte; additives

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 微弧氧化技术的发展历史和研究现状 1

1.3 电解液对微弧氧化反应的影响 2

1.4 不同电解液体系的研究现状 3

1.4.1 硅酸盐电解液体系 3

1.4.2 磷酸盐电解液体系 3

1.4.3 氢氧化钠（或氢氧化钾）电解液体系 4

1.4.4 铝酸盐电解液体系 4

1.4.5 添加剂对微弧氧化的影响 5

1.5 本文的研究内容 5

第2章 微弧氧化膜层的制备 7

2.1 实验材料 7

2.1.1 基体材料 7

2.1.2 基体材料预处理 7

2.1.3 实验药品 7

2.2 实验设备及工艺流程 8

2.2.1 实验设备 8

2.2.2 工艺流程 9

2.3 实验方法设计及实验结果 9

2.3.1 实验方法设计 9

2.3.2 NaOH、(NaPO₃)₆混合体系 10

2.3.3 NaOH、Na₂SiO₃混合体系 12

2.3.4 添加KF添加剂的体系 14

第3章 膜层性能分析 15

3.1 膜层厚度测量 15

3.2 扫描电镜观察 17

3.3 电化学腐蚀测试分析 19

第4章 结论 23

参考文献 24

第1章 绪论

1.1 引言

随着现代工业的发展，人们对材料的要求越来越高。铝合金是一种重要的工程材料，它密度小、比强度高、易成形、易加工，在航空航天、汽车、机械、装饰等领域被应用广泛，然而其化学性质活泼，易磨损且质地软的负面性能，限制了其应用^[1]。必须对其表面进行处理，才能使得铝在工业中更广泛的运用。表面工程也被称为“表面技术”、“表面处理”或“表面改性”，是应用化学、机械、物理等方法改变固体材料表面的组织结构或成分，获得高性价比的性能提升。

微弧氧化—Micro-arc Oxidation简称 MAO，又称等离子体微弧氧（PMAO）、阳极火花沉积（ASD）等，是一种有效的表面工程技术。铝合金微弧氧化的实质是将工件置于电解质中，在其表面生成的氧化膜受端电压的影响而发生火花放电现象，放电过程产生的微区高温高压条件，使样品表层的铝原子与电解质中处于电离状态的活化氧离子进行反应，生成具有陶瓷结构特征的氧化铝陶瓷氧化层^[2]。等离子体的形成是由局部高密度丝状电流引发热电子发射，发射电子在局部强场作用下碰撞膜层表面的气体发生碰撞电离。其过程是空间电荷在氧化物基体中形成、在氧化物孔中发生气体放电、膜层材料的局部熔化、热扩散、带负电的胶体微粒迁移进入放电通道、等离子体化学与热化学反应^[3-4]。研究表明，微弧氧化过程分为阳极氧化、微弧氧化、大弧放电三个阶段。

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