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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A12O3Y-AI2O3AIOOH。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—A1203a—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,AlMgTi 合金,在進行微弧氧化後會產生Al2O3MgOTiO2。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OABC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60160μm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σsσbδE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ABC樣品通過特殊處理以後,得到樣品A1B1C1,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BC的值有所增加。與前文的表1進行比較,σsδ也會出現與σb一樣的變化規律,那就是在打磨樣品以後,σsδ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σsσbδ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σsσbδE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σsσbδ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。

 

 

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