趙勝強 徐增
0.引言
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(shù)的誕生,使得它克服了傳統(tǒng)陽極氧化的不足,該技術(shù)可以控制工藝過程,能夠生成具有優(yōu)異的耐磨和耐蝕性能的陶瓷薄膜,與其他技術(shù)相比較有較高的硬度和絕緣電阻,并且大大提高了膜層的綜合性能;此技術(shù)具有很多的優(yōu)點,比如工藝簡單,操作簡易,效率高、環(huán)保;開創(chuàng)了一個新的技術(shù)。但此技術(shù)的應(yīng)用會對鋁合金表面的拉伸性能產(chǎn)生一定的影響,筆者在本文進行了探討。
1.微弧氧化技術(shù)
1.1微弧氧化的基本原理
微弧氧化工藝的基礎(chǔ),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(qū)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(xù)的升壓,當(dāng)升到一定的強度時,會進入電火花放電區(qū),此時,會屬陽極會出現(xiàn)一些特殊的現(xiàn)象,比如鋁合金表面會出現(xiàn)電暈、輝光及電火花放電現(xiàn)象,發(fā)生微區(qū)放電現(xiàn)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。由于鋁的氧化物在高溫會出現(xiàn)一定的轉(zhuǎn)化,如下:
所以一般在進行微區(qū)高溫高壓等離子體放電的階段,鋁陽極氧化膜的轉(zhuǎn)變過程會出現(xiàn)晶化轉(zhuǎn)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(xù)升高電壓,這時會進入弧光放電區(qū),此時會出現(xiàn)陽極表面電流密度增大,并伴有強烈的弧光放電現(xiàn)象。由于弧光放電時會產(chǎn)生強大的沖擊力,所以微弧氧化應(yīng)避免弧光放電區(qū)。
1.2微弧氧化的特點
微弧氧化技術(shù)是近幾十年發(fā)展起來的鋁合金表面處理的新技術(shù),目前微弧氧化技術(shù)不是很成熟,還處于研究階段,對其描述的資料較少。但鋁合金微弧氧化技術(shù)有其獨特的優(yōu)點:
1.2.1耐磨性能高
一般情況下,Al、Mg、Ti 合金,在進行微弧氧化后會產(chǎn)生Al2O3、MgO、TiO2。陶瓷相的產(chǎn)物是具有很強的硬度,所以經(jīng)微弧氧化的鋁合金具有很高的硬度,最硬的硬度可達2500 HV,因此鋁合金表面具有優(yōu)越的耐磨強度,其耐磨性大大高于傳統(tǒng)工藝的膜層.其優(yōu)良的耐磨性還與一些特殊的因素有關(guān),比如潤滑油的自潤滑特性有關(guān)。
1.2.2耐腐蝕性能高
一般在經(jīng)微弧氧化后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(jié)構(gòu),疏松層、致密層以及過渡層,這樣的分層結(jié)構(gòu)能夠為金屬內(nèi)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(chǎn)效率高
微弧氧化技術(shù)一般處理工序簡單,且生產(chǎn)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—烘干。與傳統(tǒng)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(chǎn)效率,且降低了成本,增加企業(yè)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里的工件作,其負(fù)極是與電源負(fù)極相連的不銹鋼板。加入電源以后,工件表面的電線要實現(xiàn)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(jù)前人研究表明,利用微弧氧化強化技術(shù),可以在對陶瓷膜的形成后,產(chǎn)生一套穩(wěn)定的陶瓷膜層。
1.2.5環(huán)保
在進行微弧氧化操作時,溶液中的各種離子只起導(dǎo)電作用,并且基本上不會消耗,所以能夠循環(huán)使用,使用壽命高。另外,微弧氧化溶液一般呈中性或堿性,并且溶液中不含有重金屬元素,所以說微弧氧化技術(shù)是環(huán)保的,無污染的。
2.微弧氧化對鋁合金拉伸性能的影響
微弧氧化會產(chǎn)生不同厚度的氧化膜,并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(shù)據(jù)都是在進行三次實驗后得到的試樣數(shù)據(jù)的平均值。試驗結(jié)束后,通過繪制出的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,可以發(fā)現(xiàn)彈性變形部分具有線性關(guān)系,所以能夠計算出彈性模量E。
通過表1,我們可以讀取O、A、B、C樣品的數(shù)據(jù),我們可以發(fā)現(xiàn)在對LY12CZ鋁合金進行微弧氧化后,其表面可以形成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(shù)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(jié)構(gòu),致密層和表面疏松層,其中一半以上是致密層,大約占2/3。由于微弧區(qū),在一般情況下是快速凝固,且受到熱應(yīng)力的影響,所以會在膜層表面出現(xiàn)小的裂紋。舉例說明,比如將A、B、C樣品通過特殊處理以后,得到樣品A1、B1、C1,能夠降低鋁合金表面的粗糙程度,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(jīng)過打磨以下其抗拉強度會出現(xiàn)一定的變化,正如前面所說到的,鋁合金表面氧化后,其σb有所下降,但是一般情況下其底線是5%,但是A表面磨光后σb卻保持不變,我們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(xiàn)與σb一樣的變化規(guī)律,那就是在打磨樣品以后,σs、δ在比未打磨的樣品有所提高,通常膜較薄且保持不變。但是我們發(fā)現(xiàn)不管氧化膜是否經(jīng)過打磨,其σs、σb、δ值總是低于未經(jīng)處理的鋁合金表面的試樣。
3.結(jié)語
本文通過探討LY12CZ鋁合金經(jīng)微弧氧化后,其表面的陶瓷膜層是否會對鋁合金的拉伸強度造成影響,實驗結(jié)果表明它對鋁合金拉伸性能影響不大,同是試樣在經(jīng)過氧化之后,其參數(shù)σs、σb、δ、E值都降低但下降量不超過5%,并且ψ值還會出現(xiàn)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(dǎo)致ψ值降低,但是實驗結(jié)果表明,氧化膜較厚的試樣一般σs、σb、δ值會提高??傊?,微弧氧化前后會對拉伸強度造成一定的影響,但是影響不大。
【參考文獻】
[1]黃娜莎,倪益華,楊將新,劉遠彬.鋁合金表面改性技術(shù)的研究與進展[J].輕工機械,2010(4).
[2]楊巍,蔣百靈,時惠英.LY12鋁合金微弧氧化膜層的形成與生長機制[J].中國有色金屬學(xué)報,2010(10).