汽车用7075铝合金微弧氧化工艺的研究

作者:马海英;张鹏; 刊名:电镀与环保 上传者:宋治军

【摘要】采用微弧氧化工艺对汽车用7075铝合金进行处理,生成氧化铝陶瓷膜。微弧氧化初期,随着微弧氧化时间的延长,致密层增厚,微弧氧化膜的硬度和耐蚀性显著提高;当微弧氧化时间大于100min时,由于致密层难以击穿,表面的疏松层导致微弧氧化膜的硬度增加缓慢,耐蚀性下降。微弧氧化时间为100min时制备的微弧氧化膜具有较高的硬度和最佳的耐蚀性。

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MAHai-ying,ZHANGPeng(SchoolofAutomotiveEngineering,HuangheJiaotongUniversity,Jiaozuo454950,China)0前言当今社会汽车已经成为人们必不可少的代步工具。虽然汽车给人们的生活带来了极大的便利,但随着保有量的增多,汽车也带来了一些环境和社会问题[1-2]。因此,在提倡节能减排的大背景下,汽车轻量化成为车企发展的主要趋势。实验表明,若汽车的整车质量下降10%,燃油效率可以提高8%左右。汽车质量降低有利于提高加速性能,减小碰撞时的惯性。目前,关于汽车轻量化的设计思路主要有两种:一种是通过调整结构、精准化设计,对车体的主要承力部件进行加强、非主要承力部件进行合理的弱化;另一种是使用轻质材料替代传统的钢材[3-5]。其中,使用轻质材料是汽车轻量化的有效措施。铝合金的力学性能好,密度只有钢铁的30%,是汽车轻量化的首选材料。目前,用于汽车车身的主要铝合金材料有2000系(Al-Cu)、5000系(Al-Mg)和7000系(Al-Zn-Mg-Cu)等[6-7]。其中,7075铝合金被誉为铝合金中最优良的产品,它具有强度高、机械性能良好等优点。然而,7075铝合金中含有少量的Zn和Mg,使其耐蚀性不佳,需要对其进行阳极氧化处理[8-10]。本文使用微弧氧化技术对汽车用7075铝合金进行微弧氧化处理。探讨了微弧氧化机理,并研究了微弧氧化对铝合金的耐蚀性和机械性能的影响。1实验1.1铝合金微弧氧化工艺Na2SiO33g/L,NaOH2g/L,电流密度40A/dm2,微弧氧化时间40~120min。1.2实验步骤配制10L微弧氧化槽液。阳极使用尺寸为10cm20cm的汽车用7075铝合金板材,阴极使用尺寸为20cm20cm的铅板。先对铝合金试片进行水洗、碱蚀(15%的氢氧化钠)、水洗、酸洗(30%的硝酸溶液)、水洗处理;再将铝合金试片浸入氧化槽中,施加40A/dm2的电流密度,进行一定时间的微弧氧化,结束后水洗并烘干。1.3测试方法采用LW-2010型涡流测厚仪测试微弧氧化膜的厚度。采用MHV-10Z型维氏硬度计测试微弧氧化膜的硬度。采用日立S-4700型扫描电子显微镜表征微弧氧化膜的表面形貌。采用2273型电化学工作站进行极化曲线和交流阻抗谱测试。2结果与讨论2.1微弧氧化原理7075铝合金为Al-Zn-Mg-Cu四元铝合金。由于含有Zn元素和Mg元素,使得7075铝合金的耐蚀性不佳。阳极氧化处理可以提高7075铝合金的耐蚀性。本文使用微弧氧化技术在铝合金表面产生火花放电,在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下,生成以氧化铝为主要成分的陶瓷膜。将铝合金放入微弧氧化电解液中,在高电压下其表面立即生成一层很薄的高阻抗氧化膜。随着氧化膜表面电压逐渐升高,可以观察到铝合金表面出现无数弧点,氧化膜某些薄弱部位被击穿,发生微区弧光放电。氧化膜被击穿后,膜内形成放电通道,使得铝离子和氧离子形成熔融氧化铝。阴极:2H++2eH2(1)阳极:2Al3++3O2-Al2O3(2)2Al(OH)3热解Al2O3+3H2O(3)4AlO-22Al2O3+O2(4)氧化过程中阴极主要发生析氢反应,阳极主要是生成氧化铝的过程。低电压下的普通阳极氧化主要以公式(2)的形式生成氧化铝。微弧氧化的机理见公式(3)和(4),放电通道中的Al注入到溶液中形成胶体颗粒,在电场的作用下返回放电通道中,在等离子高温下热解,发生如公式(3)所示的反应;同时,高温下AlO-2在阳极失去电子,又进一步生成氧化铝。2.2微弧

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