Al-Si合金微弧氧化工艺优化研究(无全文)

作者:鲁闯;谢发勤;朱利萍 刊名:兵器材料科学与工程 上传者:姚丽

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【摘要】采用正交试验法优化Al-Si合金硅酸盐体系微弧氧化电解液中钨酸钠、柠檬酸三钠、甘油浓度及电源脉冲频率、占空比、电流密度等工艺参数,研究工艺参数对膜层性能的影响。结果表明:微弧氧化最佳工艺参数为钨酸钠2 g/L、柠檬酸三钠2 g/L、甘油4 g/L、频率800 Hz、占空比30%、电流密度16.6~20 A/dm2;氧化膜主要由莫来石(mullite,3Al2O3·2Si O2)、α-Al2O3、γ-Al2O3相组成;莫来石含量较高,其中的硅元素主要来自铝合金基体。

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Al-Si铸造铝合金具有质量轻、比强度高的优点,提高材料的常温和高温力学性能;与此同时如何提高同时还具有优良的铸造和加工性能,广泛应用于汽车、新合金材料的表面性能成为急需解决的问题。航空等行业。特别是含硅量12%(质量分数)左右的铝微弧氧化技术可以在铝合金表面原位生成铝的氧合金,因其具有膨胀系数低、高温疲劳强度大、导热、耐化物陶瓷膜,该陶瓷膜层与基体结合力好,硬度高,具热和耐磨性能好等优点,已成为最佳的内燃机活塞材有优良的隔热、耐热、耐磨和耐蚀性能,十分适用于铝料。随着发动机功率密度和环保要求不断提高,一方合金活塞的顶部防护。但是常规的微弧氧化工艺难以面导致活塞的机械载荷和热载荷大幅增加,当升功率在铸造铝合金,特别是高硅铝合金表面制备高性能的密度超过80kW后,传统的ZL109共晶铝硅合金的强膜层。文献[2]研究认为Si对铝合金微弧氧化膜形成度、耐磨性、耐热性、抗疲劳性能已不能满足高功率密的初期有抑制作用,导致难以形成连续的氧化膜层。度发动机的性能需求;另一方面在发动机工作过程中,文献[3-5]研究了ZL109高硅铝合金在硅酸盐体系电高温腐蚀气流对铝合金活塞的侵蚀越来越严重,极易解液中的微弧氧化特性及膜层性能,认为高硅铝合金使活塞产生熔融、热裂纹、积碳等缺陷,尤其是顶面燃氧化电流密度应该比变形铝合金大,否则难以实现均烧室周边会产生龟裂和烧蚀;同时高转速加剧了活塞匀密集的微弧放电。新型活塞铝合金在ZL109的基础组摩擦副之间的磨损量。为满足高功率密度发动机对上进一步提高Si、Cu、Ni等元素的含量,增加了微弧氧铝合金活塞材料的性能需求,文献[1]通过增加铝合金化工作的难度。作者通过研究工艺参数对新型铝硅合材料中Si、Cu、Ni的含量,采用挤压铸造等成型方式来金微弧氧化过程及膜层结构性能的影响,优化氧化工 艺参数。2结果及分析1实验图1.1材料1为各因素对氧化膜性能影响规律的对比图。从图试验材料为1a可以看出:电解液中的钨酸钠有助于提高膜层Al-Si合金,其名义成分如表1所示。与基体的结合力,且浓度越高作用越明显;同时能够降用磷变质剂进行变质处理,用挤压铸造工艺成型,微弧低膜层表面的粗糙度,显著提高膜层厚度和成膜速率,氧化试样规格为?40mm5mm,用180#~1200#金相砂但当质量浓度超过纸逐级打磨。2g/L,粗糙度变化不大;随着钨酸钠浓度的增加,成膜速率和膜厚逐渐减小。分析认为表1试验材料成分钨酸钠的质量浓度取2g/L为宜。从图1b可以看出,Table1Contentsofexperimentalmaterial电解液中的柠檬酸三钠能够显著提高膜层与基体的结元素质量分数/%元素质量分数/%合力及膜层生长速率,对膜层粗糙度的影响不大,当柠Si12.0~15.0Ti0.2Cu4.0~6.0Mn0.2檬酸三钠的质量浓度超过2g/L时,膜层的结合力变化Mg0.6~1.2Zn0.2不明显,膜层生长速率呈减小趋势。分析认为柠檬酸Ni1.8~3.0Al余量三钠的质量浓度取2g/L为宜。从图1c可以看出,甘油的质量浓度在1.2方法4g/L时膜层结合力最好,表面摩擦因数最低,膜层生长速率也较快,超过该值后,膜层结合力利用80kW双脉冲微弧氧化设备,用单脉冲恒流和生长速度呈降低趋势,表面粗糙度增加。因此甘油模式研究钨酸钠、柠檬酸三钠、甘油、电源脉冲频率、占的质量浓度取空比对硅酸盐体系电解液成膜性能的影响。每个因素4g/l为宜。从图1d可以看出,脉冲频率对膜层结合力有较大影响,对表面粗糙度影响较小,频选取4个水平,采用L1(645)正交表,以氧化膜厚度、粗率越高膜层

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