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分析微弧氧化表面处理对铝合金拉伸性能的影响


分析微弧氧化表面处理对铝合金拉伸性能的影响

 

铝合金本身存在一定的缺点,比如其硬度低、耐磨性差,所以要进行一定的处理。微弧氧化技术的诞生,使得它克服了传统阳极氧化的不足,该技术可以控制工艺过程,能够生成具有优异的耐磨和耐蚀性能的陶瓷薄膜,与其他技术相比较有较高的硬度和绝缘电阻,并且大大提高了膜层的综合性能;此技术具有很多的优点,比如工艺简单,操作简易,效率高、环保;开创了一个新的技术。但此技术的应用会对铝合金表面的拉伸性能产生一定的影响,笔者在本文进行了探讨。

 

1.微弧氧化技术

 

1.1微弧氧化的基本原理

 

微弧氧化工艺的基础,是在阳极氧化工艺上慢慢摸索出来的。阳极需要进行氧化,其在法拉第区进行,升高金属阳极的电位,这样会升高金属阳极的电流,连续的升压,当升到一定的强度时,会进入电火花放电区,此时,会属阳极会出现一些特殊的现象,比如铝合金表面会出现电晕、辉光及电火花放电现象,发生微区放电现象。笔者本文通过对铝阳极为例,铝的阳极氧化膜的成份是A12O3、Y-AI2O3AIOOH。由于铝的氧化物在高温会出现一定的转化,如下:

 

所以一般在进行微区高温高压等离子体放电的阶段,铝阳极氧化膜的转变过程会出现晶化转变,比如Y—A1203a—A1203,形成微弧陶瓷氧化膜,具有高硬度及良好耐腐蚀性,一般情况下陶瓷氧化膜的显微硬度可以达到2000HV以上。继续升高电压,这时会进入弧光放电区,此时会出现阳极表面电流密度增大,并伴有强烈的弧光放电现象。由于弧光放电时会产生强大的冲击力,所以微弧氧化应避免弧光放电区。

 

1.2微弧氧化的特点

 

微弧氧化技术是近几十年发展起来的铝合金表面处理的新技术,目前微弧氧化技术不是很成熟,还处于研究阶段,对其描述的资料较少。但铝合金微弧氧化技术有其独特的优点:

 

1.2.1耐磨性能高

 

一般情况下,Al、Mg、Ti 合金,在进行微弧氧化后会产生Al2O3、MgO、TiO2。陶瓷相的产物是具有很强的硬度,所以经微弧氧化的铝合金具有很高的硬度,最硬的硬度可达2500 HV,因此铝合金表面具有优越的耐磨强度,其耐磨性大大高于传统工艺的膜层.其优良的耐磨性还与一些特殊的因素有关,比如润滑油的自润滑特性有关。

 

1.2.2耐腐蚀性能高

 

一般在经微弧氧化后的陶瓷层会存在大量的喷射口,但是这些喷射口一般为盲孔;与此同时陶瓷层具可分为三层结构,疏松层、致密层以及过渡层,这样的分层结构能够为金属内部起到良好的保护作用,所以能够提高耐腐蚀性能。

 

1.2.3工序简单、生产效率高

 

微弧氧化技术一般处理工序简单,且生产速度快,一般情况下,要完成一个完整的微弧氧化要做到以下的流程:除油清洗氧化清洗封孔烘干。与传统的氧化工艺相比较,工序减少,且花费时间也减少,一般仅需l0min 左右,大大提高了生产效率,且降低了成本,增加企业的收益。

 

1.2.4厚度、颜色均匀

 

在进行微弧氧化操作时,其正极是与电源正极相接浸在溶液里的工件作,其负极是与电源负极相连的不锈钢板。加入电源以后,工件表面的电线要实现均匀分布,这样做的目的是使得陶瓷膜层的厚度以及色泽均匀。据前人研究表明,利用微弧氧化强化技术,可以在对陶瓷膜的形成后,产生一套稳定的陶瓷膜层。

 

1.2.5环保

 

在进行微弧氧化操作时,溶液中的各种离子只起导电作用,并且基本上不会消耗,所以能够循环使用,使用寿命高。另外,微弧氧化溶液一般呈中性或碱性,并且溶液中不含有重金属元素,所以说微弧氧化技术是环保的,无污染的。

 

2.微弧氧化对铝合金拉伸性能的影响

 

微弧氧化会产生不同厚度的氧化膜,并且不同厚度的氧化膜对铝合金的拉伸性能不同,以LY12CZ铝合金为例,其中O代表没有被氧化的试样,且表中每个数据都是在进行三次实验后得到的试样数据的平均值。试验结束后,通过绘制出的应力-应变曲线,可以发现弹性变形部分具有线性关系,所以能够计算出弹性模量E。

 

通过表1,我们可以读取O、A、B、C样品的数据,我们可以发现在对LY12CZ铝合金进行微弧氧化后,其表面可以形成60160μm厚陶瓷氧化膜,所以对其伸性能影响不大。从总体来看,微弧氧化的样品中的一些参数有所变化,如σs、σb、δ、E值有所降低.

 

铝合金微弧氧化膜具有两层结构,致密层和表面疏松层,其中一半以上是致密层,大约占2/3。由于微弧区,在一般情况下是快速凝固,且受到热应力的影响,所以会在膜层表面出现小的裂纹。举例说明,比如将A、B、C样品通过特殊处理以后,得到样品A1、B1、C1,能够降低铝合金表面的粗糙程度,同是也能消除细小的裂纹。一般情况下,不同膜层厚度的样品,在经过打磨以下其抗拉强度会出现一定的变化,正如前面所说到的,铝合金表面氧化后,其σb有所下降,但是一般情况下其底线是5%,但是A表面磨光后σb却保持不变,我们在图中可以看到样品B、C的值有所增加。与前文的表1进行比较,σs、δ也会出现与σb一样的变化规律,那就是在打磨样品以后,σs、δ在比未打磨的样品有所提高,通常膜较薄且保持不变。但是我们发现不管氧化膜是否经过打磨,其σs、σb、δ值总是低于未经处理的铝合金表面的试样。

 

3.结语

 

本文通过探讨LY12CZ铝合金经微弧氧化后,其表面的陶瓷膜层是否会对铝合金的拉伸强度造成影响,实验结果表明它对铝合金拉伸性能影响不大,同是试样在经过氧化之后,其参数σs、σb、δ、E值都降低但下降量不超过5%,并且ψ值还会出现小幅度的增加。打磨试样与未磨试样相比,打磨会把氧化膜去掉,所以会导致ψ值降低,但是实验结果表明,氧化膜较厚的试样一般σs、σb、δ值会提高。总之,微弧氧化前后会对拉伸强度造成一定的影响,但是影响不大。

 

 

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