铝合金焊接构件微弧氧化不均匀性及接头耐蚀性研究

论文摘要

铝合金是目前应用最为广泛的金属材料之一,焊接常被用来进行铝合金结构的连接。但是铝合金接头易腐蚀,这常常是造成铝合金构件失效的重要原因之一。微弧氧化作为一种新兴的表面改性技术,在对镁、铝、钛等金属进行表面改性时具有突出的优点。本文就铝合金焊接接头进行了微弧氧化处理,并对焊接接头的微弧氧化表面改性进行了研究。本文就部分焊接结构件及焊接接头对微弧氧化的不均匀性进行了研究,同时研究了微弧氧化处理对铝合金焊接接头的形貌、组织及耐腐蚀性能的影响。通过电流分布、膜厚、形貌等手段对焊接构件中的微弧氧化不均匀性进行了测试,用SEM、XRD、电化学测试、应力腐蚀测试等手段对焊接接头的形貌、组织及耐腐蚀性能等进行了考察。结果表明,在V型构件内表面进行微弧氧化处理时,V型件上边缘处电流最大,膜厚也最大,耐蚀性较好,折弯区域电流较小,膜厚较薄;随V型角度增加,膜层的均匀性提高;脉宽变化对不均匀性的影响较小,但随着处理时间的增加,不均匀程度增大。在盲孔结构中,靠近盲孔出口处膜厚较大,离盲孔较远处膜厚值较小,并且从管口到管底对盲孔结构使用辅助电极同时加强溶液交换,可以明显提高膜层的均匀性。在进行微弧氧化处理初期,焊接接头部位与母材的微弧氧化电流存在差异,但随时间增加,差异减小。当达到一定时间,焊接接头与母材处膜层厚度、显微形貌和耐腐蚀性能基本相同。在焊接接头处添加不同焊丝直接熔焊对制备的微弧氧化膜层相结构及显微形貌没有明显影响。在制备相同膜厚的情况下微弧氧化电流、频率对制备的微弧氧化膜层形貌及相结构也没有明显影响。焊接接头进行微弧氧化处理后,表面由于陶瓷膜的保护,其耐蚀性有很大提高。不同电流密度下和不同频率下对焊接接头进行微弧氧化处理,膜层的耐蚀性差别不大。盐水浸泡实验结果表明,焊接接头质量损失率较高,而随着微弧氧化电流密度的增加或频率的增加,焊接接头的质量损失率均有下降。在铝合金焊接试件80%断裂强度下进行3.5wt%NaCl腐蚀液腐蚀实验,实验结果表明在拉应力作用下,短时间内焊接试件尤其是焊接接头处就可以明显看到腐蚀痕迹,而经微弧氧化处理表面生成陶瓷膜之后,焊接接头的表面无腐蚀痕迹。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 铝合金表面改性研究现状
• 1.2.1 稀土转化膜
• 1.2.2 溶胶-凝胶
• 1.2.3 激光熔敷
• 1.2.4 表面热喷涂
• 1.2.5 等离子注入
• 1.2.6 微弧氧化
• 1.3 微弧氧化技术研究现状
• 1.3.1 微弧氧化机理研究
• 1.3.2 微弧氧化膜层结构研究
• 1.3.3 微弧氧化不均匀性研究
• 1.3.4 微弧氧化性能研究
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 实验材料及方法
• 2.1 实验设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验电解液配制
• 2.2.3 实验工艺
• 2.3 测试方法
• 2.3.1 结构分析
• 2.3.2 扫描电镜观察
• 2.3.3 膜厚测试
• 2.3.4 波形采集
• 2.3.5 电化学测试
• 2.3.6 浸泡实验
• 2.3.7 腐蚀形貌观察
• 第3章 焊接试件微弧氧化不均匀研究
• 3.1 引言
• 3.2 焊接构件微弧氧化不均匀研究
• 3.2.1 V 型构件微弧氧化处理不均匀研究
• 3.2.2 盲孔结构件微弧氧化不均匀研究
• 3.3 焊接接头微弧氧化不均匀性
• 3.3.1 表面及截面形貌
• 3.3.2 膜厚测试
• 3.3.3 相结构
• 3.3.4 电化学行为
• 3.3.5 电流分布
• 3.4 本章小结
• 第4章 电流密度和频率对焊接接头膜层结构的影响
• 4.1 引言
• 4.2 电流密度对焊接接头膜层结构的影响
• 4.2.1 电流密度对焊接接头膜层相结构的影响
• 4.2.2 电流密度对焊接接头表面形貌的影响
• 4.3 频率对焊接接头膜层形貌的影响
• 4.3.1 未填丝试件表面形貌
• 4.3.2 填丝试件表面形貌
• 4.4 本章小结
• 第5章 焊接接头微弧氧化膜层耐蚀性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 电化学行为
• 5.2.1 电流密度变化对膜层耐蚀性的影响
• 5.2.2 频率变化对微弧氧化膜层耐蚀性的影响
• 5.3 恒载荷条件微弧氧化膜层对焊接接头耐蚀性的影响
• 5.3.1 焊接接头零载荷条件耐蚀性
• 5.3.2 80%断裂强度条件焊接接头耐蚀性
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢