分析微弧氧化表麵處理對鋁合金拉伸性能的影響

分析微弧氧化表麵處理對鋁合金拉伸性能的影響

鋁合金本身存在一定的缺點，比如其硬度低、耐磨性差，所以要進行一定的處理。微弧氧化技術的誕生，使得它克服了傳統陽極氧化的不足，該技術可以控製工藝過程，能夠生成具有優異的耐磨和耐蝕性能的陶瓷薄膜，與其他技術相比較有較高的硬度和絕緣電阻，並且大大提高了膜層的綜合性能；此技術具有很多的優點，比如工藝簡單，操作簡易，效率高、環保；開創了一個新的技術。但此技術的應用會對鋁合金表麵的拉伸性能產生一定的影響，筆者在本文進行了探討。

1.微弧氧化技術

1.1微弧氧化的基本原理

微弧氧化工藝的基礎，是在陽極氧化工藝上慢慢摸索出來的。陽極需要進行氧化，其在法拉第區進行，升高金屬陽極的電位，這樣會升高金屬陽極的電流，連續的升壓，當升到一定的強度時，會進入電火花放電區，此時，會屬陽極會出現一些特殊的現象，比如鋁合金表麵會出現電暈、輝光及電火花放電現象，發生微區放電現象。筆者本文通過對鋁陽極為例，鋁的陽極氧化膜的成份是A12O3、Y-AI2O3和AIOOH。由於鋁的氧化物在高溫會出現一定的轉化，如下：

所以一般在進行微區高溫高壓等離子體放電的階段，鋁陽極氧化膜的轉變過程會出現晶化轉變，比如Y—A1203和a—A1203，形成微弧陶瓷氧化膜，具有高硬度及良好耐腐蝕性，一般情況下陶瓷氧化膜的顯微硬度可以達到2000HV以上。繼續升高電壓，這時會進入弧光放電區，此時會出現陽極表麵電流密度增大，並伴有強烈的弧光放電現象。由於弧光放電時會產生強大的衝擊力，所以微弧氧化應避免弧光放電區。

1.2微弧氧化的特點

微弧氧化技術是近幾十年發展起來的鋁合金表麵處理的新技術，目前微弧氧化技術不是很成熟，還處於研究階段，對其描述的資料較少。但鋁合金微弧氧化技術有其獨特的優點：

1.2.1耐磨性能高

一般情況下，Al、Mg、Ti 合金，在進行微弧氧化後會產生Al2O3、MgO、TiO2。陶瓷相的產物是具有很強的硬度，所以經微弧氧化的鋁合金具有很高的硬度，最硬的硬度可達2500 HV，因此鋁合金表麵具有優越的耐磨強度，其耐磨性大大高於傳統工藝的膜層.其優良的耐磨性還與一些特殊的因素有關，比如潤滑油的自潤滑特性有關。

1.2.2耐腐蝕性能高

一般在經微弧氧化後的陶瓷層會存在大量的噴射口，但是這些噴射口一般為盲孔；與此同時陶瓷層具可分為三層結構，疏鬆層、致密層以及過渡層，這樣的分層結構能夠為金屬內部起到良好的保護作用，所以能夠提高耐腐蝕性能。

1.2.3工序簡單、生產效率高

微弧氧化技術一般處理工序簡單，且生產速度快，一般情況下，要完成一個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—烘幹。與傳統的氧化工藝相比較，工序減少，且花費時間也減少，一般僅需l0min 左右，大大提高了生產效率，且降低了成本，增加企業的收益。

1.2.4厚度、顏色均勻

在進行微弧氧化操作時，其正極是與電源正極相接浸在溶液裏的工件作，其負極是與電源負極相連的不鏽鋼板。加入電源以後，工件表麵的電線要實現均勻分布，這樣做的目的是使得陶瓷膜層的厚度以及色澤均勻。據前人研究表明，利用微弧氧化強化技術，可以在對陶瓷膜的形成後，產生一套穩定的陶瓷膜層。

1.2.5環保

在進行微弧氧化操作時，溶液中的各種離子隻起導電作用，並且基本上不會消耗，所以能夠循環使用，使用壽命高。另外，微弧氧化溶液一般呈中性或堿性，並且溶液中不含有重金屬元素，所以說微弧氧化技術是環保的，無汙染的。

2.微弧氧化對鋁合金拉伸性能的影響

微弧氧化會產生不同厚度的氧化膜，並且不同厚度的氧化膜對鋁合金的拉伸性能不同，以LY12CZ鋁合金為例，其中O代表沒有被氧化的試樣，且表中每個數據都是在進行三次實驗後得到的試樣數據的平均值。試驗結束後，通過繪製出的應力-應變曲線，可以發現彈性變形部分具有線性關係，所以能夠計算出彈性模量E。

通過表1，凱時優質運營商可以讀取O、A、B、C樣品的數據，凱時優質運營商可以發現在對LY12CZ鋁合金進行微弧氧化後，其表麵可以形成60～160μm厚陶瓷氧化膜，所以對其伸性能影響不大。從總體來看，微弧氧化的樣品中的一些參數有所變化，如σs、σb、δ、E值有所降低.

鋁合金微弧氧化膜具有兩層結構，致密層和表麵疏鬆層，其中一半以上是致密層，大約占2/3。由於微弧區，在一般情況下是快速凝固，且受到熱應力的影響，所以會在膜層表麵出現小的裂紋。舉例說明，比如將A、B、C樣品通過特殊處理以後，得到樣品A1、B1、C1，能夠降低鋁合金表麵的粗糙程度，同是也能消除細小的裂紋。一般情況下，不同膜層厚度的樣品，在經過打磨以下其抗拉強度會出現一定的變化，正如前麵所說到的，鋁合金表麵氧化後，其σb有所下降，但是一般情況下其底線是5%，但是A表麵磨光後σb卻保持不變，凱時優質運營商在圖中可以看到樣品B、C的值有所增加。與前文的表1進行比較，σs、δ也會出現與σb一樣的變化規律，那就是在打磨樣品以後，σs、δ在比未打磨的樣品有所提高，通常膜較薄且保持不變。但是凱時優質運營商發現不管氧化膜是否經過打磨，其σs、σb、δ值總是低於未經處理的鋁合金表麵的試樣。

3.結語

本文通過探討LY12CZ鋁合金經微弧氧化後，其表麵的陶瓷膜層是否會對鋁合金的拉伸強度造成影響，實驗結果表明它對鋁合金拉伸性能影響不大，同是試樣在經過氧化之後，其參數σs、σb、δ、E值都降低但下降量不超過5%，並且ψ值還會出現小幅度的增加。打磨試樣與未磨試樣相比，打磨會把氧化膜去掉，所以會導致ψ值降低，但是實驗結果表明，氧化膜較厚的試樣一般σs、σb、δ值會提高。總之，微弧氧化前後會對拉伸強度造成一定的影響，但是影響不大。