铝和铝合金常温脉冲硬质阳极氧化工艺研究

论文摘要

硬质阳极氧化是阳极氧化中热点课题之一。现在应用于工业生产的铝合金硬质阳极氧化工艺的温度普遍较低,维持低温需要系统的制冷设备,浪费能源,最终会增加硬质阳极氧化生产的成本。因此如何在常温下进行硬质阳极氧化成为焦点。本实验以2A12铝合金为主要研究对象,研究其常温脉冲硬质阳极氧化工艺,应用显微硬度测试、金相观察、SEM和EDS检测等手段对获得膜层进行分析和表征。以硫酸作为电解液主要组分,通过向电解液中添加草酸、酒石酸、三乙醇胺、硫酸铝等,采用正交试验对电解液组分进行优化,获得了较佳电解液配方为:硫酸280g/L,草酸30 g/L,酒石酸50 g/L,三乙醇胺50 g/L,硫酸铝7 g/L。在优化电解液下对2A12铝合金进行常温脉冲硬质阳极氧化处理,可获得显微硬度约为528HV,膜厚约为34μm,耐腐蚀性良好的硬质氧化膜。在优化电解液配方下通过正交试验对常温脉冲硬质阳极氧化工艺参数进行优化,获得较佳试验参数为:氧化时间50min,电流密度为3A/dm~2,占空比75%。在优化工艺参数下对2A12铝合金进行常温脉冲硬质阳极氧化处理,可获得显微硬度约为540HV,膜厚约为66μm,综合性能优异的硬质氧化膜。本实验还对电解液中添加硬质粒子机理进行了初步研究。此外,利用正交试验对工业纯铝常温脉冲硬质阳极氧化工艺参数进行优化。在硫酸和硫酸铜电解液中,先通过常温脉冲阳极氧化,再在同一溶液中采用二次电镀的方法,成功实现了铜在阳极氧化膜中的负载,铜的负载也有望于提高膜层硬度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 铝合金表面处理技术
• 1.2 铝合金硬质阳极氧化
• 1.3 硬质阳极氧化最新进展
• 1.3.1 添加剂的使用
• 1.3.2 电源模式改进
• 1.3.3 散热条件的改进
• 1.3.4 复合阳极氧化
• 1.4 阳极氧化膜生长机理研究
• 1.5 硬质氧化膜的特点、性能及其应用
• 1.5.1 硬质氧化膜的特点
• 1.5.2 硬质阳极氧化膜的性能
• 1.5.3 工艺条件对膜层性能的影响
• 1.6 2A12 的硬质阳极氧化研究
• 1.7 研究目的及意义
• 第二章 2A12 常温硬质阳极氧化电解液组分优化
• 2.1 实验设备及方法
• 2.1.1 氧化装置
• 2.1.2 试样材料
• 2.2 实验基本流程
• 2.2.1 样品前处理
• 2.2.2 硬质阳极氧化工艺
• 2.2.3 性能测试
• 2.3 实验结果及讨论
• 2.3.1 正交试验结果
• 2.3.2 电解液组分对膜层显微硬度的影响
• 2.3.2.1 硫酸浓度对膜层显微硬度的影响
• 2.3.2.2 草酸浓度对膜层显微硬度的影响
• 2.3.2.3 三乙醇胺浓度对膜层显微硬度的影响
• 2.3.3 优化配方中所得膜层表、断面形貌
• 2.3.4 优化配方中所得膜层EDS 分析
• 2.3.5 优化配方中所得膜层性能测试分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 2A12 常温脉冲硬质阳极氧化工艺研究
• 3.1 实验材料和仪器
• 3.2 试验基本流程
• 3.2.1 样品前处理
• 3.2.2 硬质阳极氧化工艺
• 3.2.2.1 工艺参数优化试验
• 3.2.2.2 添加纳米氧化硅粒子试验
• 3.2.3 性能测试
• 3.3 2A12 铝合金常温脉冲硬质阳极氧化工艺优化
• 3.3.1 工艺优化正交试验结果分析
• 3.3.2 工艺参数对氧化膜膜层显微硬度的影响
• 3.3.2.1 氧化时间对氧化膜膜层显微硬度的影响
• 3.3.2.2 电流密度对氧化膜膜层显微硬度的影响
• 3.3.2.3 占空比对氧化膜膜层显微硬度的影响
• 3.3.3 优化工艺所得膜层表面及截面形貌分析
• 3.3.4 优化配方下获得硬质膜EDS 分析
• 3.3.5 耐腐蚀性试验
• 3.3.6 小结
• 3.4 纳米氧化硅粒子增强常温硬质阳极氧化
• 3.4.1 纳米氧化硅浓度对氧化膜显微硬度的影响
• 3.4.2 较佳工艺所得膜层表面及截面形貌分析
• 3.4.3 硬质氧化膜层EDS 分析
• 3.4.4 耐腐蚀性试验
• 3.4.5 机理研究
• 3.4.6 小结
• 3.5 本章小结
• 第四章 工业纯铝常温脉冲硬质阳极氧化工艺研究
• 4.1 试验仪器与药品
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试样及预处理
• 4.2.2 硬质阳极氧化工艺
• 4.2.2.1 工业纯铝工艺参数优化实验
• 4.2.2.2 工业纯铝表面阳极氧化负载铜的初步探讨
• 4.2.3 性能测试
• 4.3 工业纯铝常温脉冲硬质阳极氧化工艺优化
• 4.3.1 正交实验结果与分析
• 4.3.2 脉冲硬质阳极氧化膜层的表面形貌
• 4.3.3 耐腐蚀性实验
• 4.3.4 小结
• 4.4 工业纯铝表面负载铜氧化膜初步探讨
• 4.4.1 氧化膜膜层SEM 形貌观察
• 4.4.2 氧化膜膜层EDS 元素分析
• 4.4.3 小结
• 4.5 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文