基于配方试验研究电解液对微弧氧化膜层微观结构和性能的影响

摘要

本文选用A356铝合金作为基体材料，电解液组成为Na2SiO3、NaOH和KF，在两种电压条件下，采用配方均匀实验设计，合理地选择少量的试验点，研究电解液组分搭配与膜层制备和膜层性能之间的内在规律。 首先，分析膜层制备过程中微弧氧化反应可行性和微弧氧化膜层成膜性与电解液组成之间的关系，得出电解液组成对膜层制备有非常显著影响，过高或过低的电导率和pH值都会降低微弧氧化反应可行性和膜层成膜性，并且电解液中NaOH浓度对电解液电导率和pH值的影响远远超过Na2SiO3和KF。通过对各方案的直观分析，得出不同电压条件下电解液的合理范围，在400V电压条件下，溶液电导率、pH值和NaOH浓度的范围分别为：41.7~67.3ms/cm、12.69~12.94、2.72~9.92g/L；在480V电压条件下，溶液电导率、pH值和NaOH浓度的范围分别为：小于41.7ms/cm、小于12.69、小于2.72g/L。 然后，通过回归分析探究400V电压条件下电解液组成与膜层各性能之间的内在规律。电解液各组分对膜层性能的影响不同,NaOH对膜层厚度的影响最大，KF对膜层厚度的作用远小于NaOH，而Na2SiO3的影响最小。随溶液中NaOH浓度的提高，膜层的致密性下降。Na2SiO3浓度膜层耐Cl-腐蚀能力的影响最大，KF次之，而NaOH最小。 在400V和480V电压条件下，在不同的电解液方案中所制得的膜层都能显著的提高A356铝合金基体的耐蚀性，在400V电压条件下，2#电解液所得膜层的腐蚀电流密度与基体相比降低了接近4个数量级。增加反应电压有利于提高膜层的厚度，不改变膜层的物相组成，但会对膜层的微观结构造成破坏，如果溶液中NaOH的浓度较高（＞3g/L），提高电压则会对膜层的电化学耐蚀性造成不利的影响。 同时考虑微弧氧化反应可行性，膜层成膜性、膜层厚度、微观结构和耐腐蚀性，400V电压条件下，2#电解液方案为最优方案，其组成为：Na2SiO3：26.4g/L、NaOH：9.92g/L、KF：3.64g/L，电导率和pH值分别为66.3ms/cm和12.93；480V电压条件下，3#电解液方案为最优，其组成为Na2SiO3：22.44g/L、NaOH：0.68g/L、KF：16.88g/L，所对应的pH值和电导率分别为35.6ms/cm和12.53。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 铝合金简介

1.1.1 铝合金的应用现状

1.1.2 铝合金表面改性技术

1.2 微弧氧化技术

1.2.1 微弧氧化技术的发展过程

1.2.2 微弧氧化技术的氧化机理

1.2.3 微弧氧化膜的物相和结构特点

1.3 电解液对微弧氧化膜层的影响

1.3.1 电解液浓度对膜层的影响

1.3.2 电解液体系对膜层的影响

1.4 电参数对微弧氧化膜层的影响

1.5 课题研究的目的、主要内容及创新性

1.5.1 课题研究的目的

1.5.2 课题研究的主要内容

1.5.3 课题研究的创新性

第2章 试验材料及研究方法

2.1 试验材料及前期处理

2.2 试验电参数及试验设备

2.3 试验设计方法

2.3.1 配方试验设计及回归分析

2.3.2 配方均匀试验设计

2.4 电解液配方及试验方案

2.5 电解液及微弧氧化膜层性能的表征及分析

2.5.1 电解液

2.5.2 微弧氧化膜层

2.6 本文约定的两个判断准则

（1）微弧氧化反应的可行性

（2）微弧氧化膜层的成膜性

第3章 电解液组成对膜层微观结构及耐蚀性的影响

3.1 电解液电导率和pH值的的回归分析

3.1.1 电解液电导率的回归分析

3.1.2 电解液pH值的回归分析

3.2 电解液组成对微弧氧化反应可行性和微弧氧化膜层成膜性的影响

3.2.1 电解液组成对微弧氧化反应可行性的影响

3.2.2 电解液组成对微弧氧化膜层成膜性的影响

3.3 微弧氧化膜层膜厚的回归分析

3.4 电解液组成对膜层微观形貌的影响

3.5 电解液组成对膜层物相组成的影响

3.6 电解液组成对膜层耐蚀性的影响

3.6.1 膜层点滴耐蚀性的回归分析

3.6.2 膜层电化学耐蚀性的回归分析

3.7 本章小结

第4章 两种不同电压条件下膜层性能的对比分析

4.1 电压对微弧氧化反应可行性和微弧氧化膜层成膜性的影响

4.1.1 电压对微弧氧化反应可行性的影响

4.1.2 电压对微弧氧化膜层成膜性的影响

4.2 电压对膜层微观结构的影响

4.3 电压对膜层物相组成的影响

4.4 电压对膜层耐蚀性的影响

4.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

附 录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文