摘 要

针对铝合金因为在使用中存在基体的硬度低，耐磨性差，在作为机械零件用途上受到一定限制，采用6061铝合金经过微弧氧化得到的膜层进行探究，研究不同电参量对于陶瓷层抗拒因摩擦而带来的损失的改变。利用杠杆式“针-盘”摩擦磨损实验机和滚筒耐磨机分别进行摩擦系数和耐磨性能的测试，使用SEM对样品进行微观结构的测试。实验结果表明，电流密度和脉宽和陶瓷层的膜厚成正比关系，但膜层的耐磨性能与电参数的增长并不成正比关系，调整电参数过高或过低都会使膜层耐磨性能下降，在SEM得到的图像中，从微观结构上看到的结果符合宏观数据。最终认为当I_d为5A/dm²，Δt=80μs时，得到样品的性能最好。

关键词：微弧氧化 耐磨性 电参量

Research of Wear Resistance of MAO Ceramic Coating on Aluminum Alloy

Abstract

In this paper, the wear resistance of 6061 aluminum alloy micro-arc oxidation ceramic layer was studied to study the effect of different electrical parameters on the wear resistance of ceramic layer. The friction coefficient and wear resistance were tested by lever-type "needle-plate" friction and wear tester and roller wear machine. The microstructure of the samples was tested by SEM, and the macroscopic results and microstructure data were obtained. Effect of Electrical Parameters on Wear Resistance of Micro-arc Oxidation Ceramic. The experimental results show that the current density and pulse width are proportional to the film thickness of the ceramic layer, but the wear resistance of the film is not proportional to the increase of the electrical parameters. If the electrical parameters are too high or too low, Performance degradation.

Key words: Micro-arc oxidation；Wear resistance；Electrical parameters

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章绪论 1

1.1铝合金介绍 1

1.2铝合金表面处理技术 2

1.2.1传统技术 2

1.2.2微弧氧化 2

1.3影响微弧氧化陶瓷层的因素 3

1.3.1电参数 3

1.3.2电解液 4

1.4氧化铝膜层的磨损特征 5

1.5本课题的研究意义 6

第二章实验设备与实验方法 7

2.1实验材料 7

2.2实验药品与仪器 7

2.2.1实验药品 7

2.2.2实验仪器与设备 7

2.3实验流程 10

第三章数据处理与讨论 12

3.1电参数对膜厚及摩擦性能的影响 12

3.1.1电流密度对陶瓷层厚度和摩擦系数的影响 12

3.1.2脉宽对陶瓷层和摩擦系数的影响 15

3.2电参数对氧化铝膜层耐磨性的影响 18

3.2.1电流密度对膜层耐磨性的改变 18

3.2.2脉宽对膜层的耐磨性的改变 19

3.3陶瓷层的SEM结果分析 20

3.3.1电流对于膜层微观结构的改变 20

3.3.2脉宽对于制得膜层微观结构的改变 21

第四章结论 22

参考文献 23

致谢 25

第一章 绪论

1.1铝合金介绍

铝合金因为具有优良的综合物理化学特点，目前在我们的生活中占到了很大一部分的比例，从身边的各类事物，从吃饭的锅碗瓢盆，到涉及到国家安全的武器装备，从地上跑的汽车，到天上的飞机，铝合金在其中扮演了很重要的角色，尤其是在一些需要小质量，在外力影响下变性小的场合内，铝合金的占比材料的近四分之三^[1]。

但是，铝合金在使用方面别着许许多多的问题制约着，在一些要求材料必须要满足能够长时间磨损而且磨损率很低的条件下，铝合金如果不加以处理的话，常常会遇到很多问题，比如铝合金的摩擦系数很高，与其他材料如果没有润滑的条件下，磨损率会很高，在另外的情况下，会要求工件具有很大的刚度硬度，但未经过处理的铝合金无法满足，因此，这些问题常常限制着铝合金的发展应用^[2]。传统的阳极氧化要求整个工艺必须要在法拉第区域内进行操作，而微弧氧化技术恰恰在这一点上有别传统工艺，尤为突出的是再电压的范围有很大的不同，传统技术的电压控制在100V以内，而微弧氧化工艺所使用电压在500~700V之间，将只能使用直流电的缺点经过发展变为可以使用交流电，电流的大小也从最初的小电流经过技术的革新变为大电流，通过电场的改变使得工件表面发生一系列变化，其本质在于通过电场所产生的高温、高压环境，使基体表面物质状态变为微等离子体，让基体金属在此种环境下发生成膜反应，在过程中能看到辉光、弧光放电的现象，让原子排列杂乱的的氧化层从相组成和微观结构上发生变化。在经过微弧氧化处理后，铝合金具有了显微硬度高、抗金属间腐蚀能力强等优点，某些工艺条件下制得的产品强度甚至超过了传统高硬度合金钢，大量减轻了零件的质量。在很多条件下，需要铝合金在高强度摩擦过程中使用，但由于铝合金微弧氧化陶瓷层存在不同疏密程度的两种成分，其疏松层(主要含γ-Al₂O₃)存在摩擦系数过大的缺点，限制了它的性能，所以目前将提高铝合金微弧氧化陶瓷层的耐蚀性和耐磨性成为各国科学家研究的重点项目，同时，科学家们也致力于优化其他主要工艺技术，降低能耗，将该技术大力的推向需要技术革新生产的各个领域。

1.2铝合金表面处理技术

1.2.1传统技术

在目前铝合金的使用过程中，主要有防护性、功能性、和装饰性等问题需要人们研究解决，从发现并大范围使用铝合金材料时，人们探索出了很多对于铝合金表面特性的改善技术和工艺^[3]。如今被人们广泛使用的技术有很多种，在这些技术中，因为电镀的技术被发现的最早也最成熟，成为和阳极氧化一样，被普遍使用的两种传统表面处理工艺。铝作为较为活泼的轻金属，在作为工件和其他金属制品发生接触时，很容易为电偶腐蚀提供一个良好的条件，因此，在金属腐蚀与防护中，为了防止铝接触其他金属，常常使用阳极氧化膜或者覆盖有机物涂层来保护基体金属。阳极氧化作为一种传统的工艺手段，其所制备的膜层表面存在着许多的孔洞，也因此赋予了比较前卫的功能，比如磁电、电光功能等，形成了具有强大潜力的应用范围^[4-6]。但传统阳极氧化所得到的膜层厚度比较低，而且硬度低，很难作为机械零用件的使用，所以常常在腐蚀保护和装饰性上比较常见^[7]。化学氧化一般用于工件的预处理，为以后工艺提供良好反应场所，提高膜层与基体的结合力，而使用化学方法进行对基体进行改性，如铬化，即可以作为前处理工艺，也是一些生产的最后工艺。但传统化学处理方法会留下有害的排放物，如果不花费时间和财力处理，则会严重的污染环境。电镀作为最为传统的表面处理技术，其制得的膜层致密度好，成分均匀，加强金属的耐腐蚀性。目前，所使用的金属在一般条件下的耐腐蚀性能很强，比如Zn，Cr等元素，为了提高表面膜层的硬度，增加材料使用寿命，提高表面的光滑度，增加美观性，使材料获得新的物理或者化学性能。目前应用范围很广泛，但其缺点在于处理大规格工件时所需的成本较高，而且产生的废料同样对环境有害。

1.2.2微弧氧化

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