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铸造铝合金表面改性研究进展

日期:2018-11-27 12:26

  :铸造铝合金是铝合金家族中用途较广的一种,耐腐蚀、耐磨性能较低是其缺点。表面改性是提高其耐腐蚀性能及耐磨性能的主要方法之一。综述了近年来铸造铝合金中常用的表面改性方法如微弧氧化法、激光表面处理法、化学镀-电镀法以及阳极氧化法,并对不同的表面改性方法进行了简要的评述。

  近年来,随着我国汽车产业的高速发展以及世界能源问题的日益突出,汽车越来越朝着轻量化的方向发展。由于铝具密度小、耐腐蚀等优点而广泛应用在汽车工业上。铸造铝合金比纯铝有较高的力学性能与工艺性能,因此,其广泛应用于汽车发动机、汽车底盘及汽车轮毂等部件上。然而,铸造铝合金耐腐蚀耐磨性能较低,特别是Al-Si合金和Al-Cu合金,限制了其更广泛的应用。因此,通过表面改性来克服铸造铝合金耐磨耐腐蚀性较低的缺点,以拓展铸造铝合金应用发展。目前,为改善铸造铝合金耐腐蚀耐磨性能而采用的表面改性方法主要有:微弧氧化法、激光表面处理法、化学镀、电镀法以及阳极氧化法。

  微弧氧化是20世纪30年代发展起来的一门表面改性技术。它是利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的微等离子氧化反应,从而在以铝、钛、镁等金属及其合金为材料的工件表面原位生成优质的强化陶瓷膜。在铝合金上,通过微弧氧化生成的氧化膜由外部疏松状的γ-Al2O3和内部致密的α-Al2O3组成。在微弧氧化过程中,电流密度、电解质成分以及铝合金中的合金元素均对氧化膜的质量及生长速度产生重要的影响。在氧化过程中,阴极和阳极都有气体放出,并且伴随着氧化膜的生长过程,因此,电极的电流密度强烈地影响着氧化膜的组成、结构,也影响着铝合金的耐腐蚀性能。研究表明,在比较高的阳极电流密度下,氧化膜主要包含α-Al2O3,而在较低的阳极电流密度下,氧化膜几乎都是γ-Al2O3。JuhiBaxi的研究表明,随着电流密度的增加铝合金的耐磨性却相应降低。微弧氧化的电解质对氧化膜的质量有重要的影响,传统的电解质为硅酸盐或铝酸盐,Polat认为低浓度的硅酸钠可得到较高硬度的陶瓷膜。而Zheng则认为钨酸盐比硅酸盐更加稳定。电解质中添加稀土元素也对微弧氧化的成膜速度产生重要的影响,随着Ce(Ⅲ)浓度的增加成膜速度先增加后降低。氧化电解质中添加氟离子会降低微弧氧化膜的孔隙率,提高氧化膜的抗腐蚀性能。添加Na3AlF6和酒石酸钠则提高了陶瓷膜的硬度。

  一般来说,由于铝合金本身的特点耐磨性都不是很高,就是硬度较高的高硅铝合金也不具有较高的承载能力,因此,表面强化以提高其耐磨性成为拓展铝合金尤其是铸铝应用的一种常用方法,而激光表面合金化可以在铝合金基体和外加的金属或合金间形成金属间化合物,能大幅度提高铝合金的硬度,进而增加其耐磨性,从一定程度上也能提高其耐腐蚀性能。

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