铝合金表面改性技术的研究与进展
铝合金表面改性工艺与性能研究
铝合金表面改性工艺与性能研究近年来，随着工业技术的不断进步，铝合金作为一种轻质、高强度、耐腐蚀的材料，被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
然而，尽管铝合金具有许多优点，但其表面的一些缺陷和局限性也限制了其应用。
因此，研究铝合金的表面改性工艺与性能已经成为一个热门的话题。
一、铝合金表面改性工艺的分类铝合金表面改性工艺可以分为化学改性工艺、物理改性工艺和机械改性工艺三类。
化学改性工艺主要是利用化学物质对铝合金表面进行处理，形成保护膜或改善表面性能。
常见的化学改性工艺包括阳极氧化、化学镀膜和化学抛光等。
阳极氧化是一种通过电解在铝合金表面形成氧化膜的方法，不仅可以增加表面硬度和耐腐蚀性能，还可以改善铝合金的装饰性。
化学镀膜则是通过浸泡铝合金在含有金属离子的溶液中，在表面形成一层金属镀层，以提高其耐磨损性能。
化学抛光主要是利用酸性或碱性溶液对铝合金进行溶解和腐蚀，使表面得到更好的光洁度和平整度。
物理改性工艺主要是通过物理手段改变铝合金表面的结构和形貌。
常见的物理改性工艺包括热处理、喷涂和喷砂等。
热处理是一种利用加热和冷却过程改变铝合金晶体结构和性能的方法，可以显著提高铝合金的强度和硬度。
喷涂主要是利用喷枪将涂料喷涂在铝合金表面，以增加其耐腐蚀性能和装饰性。
喷砂则是利用高速喷射砂粒将铝合金表面的氧化膜和氧化皮除去，以增加其粗糙度和增加附着力。
机械改性工艺主要是利用机械力对铝合金表面进行加工，从而改变其形貌和性能。
常见的机械改性工艺包括切削、冷压和电刷等。
切削是一种通过刀具对铝合金表面进行去材加工的方法，可以改善表面的光洁度和平整度。
冷压则是利用一定的压力对铝合金进行变形加工，以提高其机械性能和表面硬度。
电刷是利用电动机驱动金刷对铝合金表面进行刷磨，使表面得到更好的清洁度和平整度。
二、铝合金表面改性工艺的性能研究铝合金表面改性工艺对材料的性能有着重要的影响。
首先，表面改性可以显著提高铝合金的耐磨损性能。
通过改变表面的硬度和摩擦系数，可以减少表面的磨损和磨料的损伤，延长材料的使用寿命。
铝及铝合金表面处理研究进展
铝及铝合金表面处理研究进展【摘要】铝合金耐磨性差、特殊条件下耐蚀性差的缺点限制了它的进一步利用,对铝合金进行表面处理长期以来一直是扩大铝合金使用范围地行之有效的方法.文章综述了铝合金的各种表面处理方法,比较了它们的优缺点,指出表面氧化是铝合金表面处理的主流,复合处理、纳米化处理将是今后铝合金表面处理的主要研究方向.铝及铝合金密度较小,强度高,导电、导热性优良,塑性和成型性好,无低温脆性,易加工.目前,铝及铝合金材料已广泛地应用于建筑、航空、军事、汽车、航海、医疗等领域中.然而,铝的耐磨性差,腐蚀电位较负,腐蚀比较严重.采用表面处理可以提高防护性装饰性和功能性克服铝合金表面性能方面的缺点,扩大应用范围,延长使用寿命1电化学方法1.1电镀作为传统的表面处理方法电镀也用在了铝合金的表面处理上.铝合金的电镀一般是为了改善装饰性,提高表面硬度和耐磨性,降低摩擦因数改善润滑性,提高表面导电性和反光率.由于铝和铝合金的电位较负,在酸性和碱性溶液中电镀时皆可发生不同类型的氧化反应产生铝盐或偏铝酸盐,所以电镀前必须进行预处理,包括机械处理、有机溶液除油等.同时为了达到铝合金表面处理后具有光亮银白色表面的目的,石磊等人认为应该采用浸锌、镀锌二次钝化的方法进行处理.但电镀技术污染严重,工作环境恶劣的缺点又限制了该技术的应用.1.2氧化处理氧化处理目前仍然是铝合金表面处理的主要方法,主要有化学氧化、阳极氧化、维弧氧化等.高纯铝在酸性或弱碱性电解液中进行阳极氧化,能够得到纳米孔排列高度有序的多孔型阳极氧化铝膜.铝合金阳极氧化处理主要有两种,一是硬质阳极氧化,另一种是复合阳极氧化.1.2.1硬质阳极氧化铝合金硬质阳极氧化是将工件作为阳极,放入硫酸溶液中,阴极起导电作用,在外加电压的作用下,溶液中的OH-放电而析出氧,氧与阳极上的铝作用生成氧化膜.杨蔺孝等[8]指出在硫酸氧化液中添加草酸钴、磺基水杨酸镧铈等化合物,在25~220℃的条件进行氧化,可使氧化膜的莫氏硬度≥9(金刚石的莫氏硬度为10),耐烧蚀温度达到2 000℃.另一途径是变传统的直流氧化为脉冲或交直流叠加氧化.1.2.2复合阳极氧化铝合金的复合阳极氧化是一种新型的阳极氧化技术.日本的吉村长藏首先进行了这方面的尝试,他们分别在硫酸、草酸和磷酸三钠电解液中添加如Fe3O4、CrO2、TiO2等磁性粉,以及Al2O3、SiC、SiN等超硬粉体和石墨等导电性粉体(微米级),使其悬浮于电解液中进行阳极氧化.顾德恩等人提出了采用溶液浸渍方法在低压腐蚀铝箔表面沉积一层Ti氧化物,然后通过阳极氧化在阳极箔表面生成高介电常数的含Ti复合阳极氧化膜,以提高阳极箔的比容.大连海事大学材料工艺研究所的刘世永[11]等人提出在常规铝合金硬质阳极氧化液中添加聚四氟乙烯颗粒,在6063铝合金表面形成含有聚四氟乙烯颗粒的复合硬质阳极氧化层,其滑动干摩擦条件下与淬火钢对磨的平均摩擦因数为0.11,比常规硬质阳极氧化层的摩擦因数降低17%.2化学处理2.1化学镀应用最广的化学镀是镍磷合金.采用次亚磷酸盐作还原剂将水溶液中的镍离子催化还原为金属镍,并沉积到零件上.化学镀镍赋予了铝合金良好的表面性能.它不仅使其抗蚀性、耐磨性、可焊性和电接触性能得到提高,镀层与铝基体间结合力好,镀层外观漂亮;而且通过镀覆不同的镍基合金,可以赋予铝及铝合金各种新的性能,如磁性能、润滑性能等.燕山大学的王艳芝以铝合金为基体,在碱性镀浴中得到了低磷含量的Ni2Fe2P2B镀层,镀层主要为非晶态结构.2.2化学转化膜处理铝合金的化学转化膜是表面铝原子通过界面化学或电化学反应与介质的阴离子或原子结合而生成一层与基底结合良好并具一定防护性能的薄膜.铝合金早期的化学转化膜多为铬酸盐,但是铬酸盐处理使用了对人体有致癌作用的六价铬离子,而且若经铬酸盐处理的废液处理不当,将对环境造成严重污染.目前开发了无铬转化处理的绿色工艺取得了较大进展,铝合金无铬化学转化有钛锆体系、钛酸盐体系、锰酸盐体系、钼酸盐体系、稀土体系、锂盐体系、钴盐体系、丹宁酸盐体系等2.2.1稀土转化膜最初HinTon Mans-feld等发现将铝合金浸于含有稀土元素氯化物(如CeCl3、LaCl3、YCl3、PrCl3等)的溶液中一定时间后,表面可形成一层含稀土金属氧化物或氢氧化物的转化层.这种转化膜层的耐蚀性,尤其是耐氯离子侵蚀性等于或优于铬酸盐转化膜.华南理工大学的吴桂香[17]等针对常见的6063铝合金型材试样,采用铈盐作为处理液的主要成分制备铝合金表面化学转化膜,并考虑到稀土转化膜成膜速度较慢而常需要在高温下进行的问题,加入KMnO4作为转化膜处理液的成膜氧化剂以提高成膜效率,降低成膜温度.发现利用Ce(NO3)3为主的处理液处理6063铝合金,可在其表面生成金黄色的化学转化膜.该膜耐腐蚀性较好,同时发现在稀土转化膜生成与耐腐蚀性能的影响因素中,Ce(NO3)3的含量影响最大,其次是KMnO4的含量,再次是温度.稀土在我国有着丰富的储量,稀土转化膜有着广泛的开发前景. 2.2.2锰酸盐转化膜将铝合金置于含高锰酸钾、钼酸钠、钨酸钠和磷钨酸钠溶液中进行化学或电化学处理,可得到表面含这种金属氧化物的转化膜层.这种膜层赋于铝合金较好的耐蚀性.北京化工大学吕勇武等选用锰酸盐、钛盐作为成膜主盐,采用正交试验得到L Y12铝合金化学转化膜的处理工艺.所制备转化膜的颜色为金黄色,呈针叶状结构.华南理工大学机械工程学院材料研究所的陈东初等采用钼酸盐、高锰酸钾作为成膜氧化剂,对L Y12铝合金的化学转化膜工艺进行研究,处理溶液不含六价铬,符合环保要求,而且成膜速度快,可在室温下成膜,膜的耐蚀性能好.转化膜的主要成分为镁、铝、氧、氟、锰等元素.3热喷涂针对铝合金硬度低、耐磨性差,受损时失效快等缺点,热喷涂的高抗磨性正好可以弥补它的这些缺点.热喷涂层中所含的氧化物、氮化物等第二相粒子均可增加涂层硬度,提高耐磨性,而涂层孔隙尚能保持一层润滑膜,还能容纳因磨损所产生的碎屑,从而使接触面积保持清洁,起到减磨作用清华大学李言祥等研究了铝基体首先等离子喷涂复合陶瓷涂层,然后激光二次熔覆氧化铝粉末.大连理工大学的徐荣正等采用电弧喷涂工艺在6061铝合金基体表面喷涂高纯铝涂层,结果表明,电弧喷涂技术可以在6061铝合金基体表面形成均匀、致密、孔隙率低、结合良好的高纯铝涂层;高纯铝涂层耐腐蚀性较好,对铝合金基体起到了保护作用,涂层经过封孔工艺处理后保护作用更好入氮的基础上进行了等离子体基离子复合注入氮和钛的尝试,发现铝合金表面硬度、摩擦系数及耐磨性都显著改善,粘着磨损程度显著减轻.此外,哈尔滨工业大学的汤宝寅[26]等人通过在不同温度下对6061铝合金分别进行了氮、氧等离子体浸没离子注入处理,氮与氢混合气体等离子体浸没离子注入处理,以及在氮气氛中的钛或铝等离子体浸没离子注入与沉积处理,通过对得到的表面改性层的分析研究发现经氧离子注入处理后,抗磨性能显著改善;经高温氧离子注入试样的耐磨寿命最长;经氮、氢离子混合注入处理后铝合金的表面性能更优,摩擦系数可降到至0.1,耐磨寿命提高了约5倍.4.2磁控溅射磁控溅射是一种高速率低基片温升的成膜新技术,沉积颗粒一般在纳米级,应用非常广泛.王齐伟等[27]通过直流平面磁控溅射系统,在6063铝合金上镀覆一层(TixAly)N硬质薄膜,来增强了铝合金的表面强度.薄膜的成分主要以TiN、Ti3AlN形式存在,结合良好;显微硬度明显提高,膜层表面均匀且致密性良好.李华平[28]等利用磁控溅射系统在6061铝材上制备了3μm的AlN薄膜,达到了纳米级.XRD、椭偏测试及耐压测试结果表明,AlN膜为具有良好取向的多晶薄膜,击穿电压高达100 V/μm.利用自动划痕仪对AlN膜进行剥离实验,临界载荷为6左右.4.3双层辉光离子渗金属双层辉光离子渗金属技术是太原理工大学徐重教授[29]发明的一项具有中国自主知识产权的创新性技术.该技术已经在美、英、澳、日等国取得了专利权,其原理是在真空室内设置阴极和源极,利用辉光放电现象溅射出源极上的金属粒子,沉积到阴极(工件)上,利用轰击和热扩散在工件表面形成渗镀合金层,达到改善材料表面性能的目的.利用该技术在铝合金的表面渗镀钛等合金元素达到了改善铝合金表面性能的目的.5激光表面强化铝合金的激光表面强化主要有激光冲击硬化、激光重熔、激光熔覆和激光合金化等多种方法5.1激光重熔用激光直接作用于铝合金表面,使其达到熔点温度以上并在表面形成熔池,在光束移走后由于熔池快速凝固导致表面组织和性能的变化.上海交通大学的蔡珣等[32]采用CO2激光器对ZL109合金进行了激光重熔(Laser Remelting)处理,改性层的平均显微硬度在116~203 HV,相对于基底材料提高了约100 HV,表现出较好的改性效果.其强化机理与晶粒细化、过饱和固溶这两种效应有关,改性层的磨损是基底的一半左右.5.2激光熔覆目前,用于铝合金激光熔覆处理的粉末类型主要有Ni基、Cu基、陶瓷粉末等.吉林工学院陈华等[33]采用HGL284型5 kW横流电激励连续CO2激光器在ZL108上熔覆了Ni60、Al包Ni及Ni包Al三种粉末,结果表明熔覆层厚度可达15~110 mm.形成了Ni2Al硬质相,硬度显著提高.卢长亮等[34]利用CO2连续激光器在L Y12基材表面进行铝基合金粉末熔覆试验,获得了表面平整且内部无明显缺陷的熔覆层,从而为激光熔覆修复螺旋桨叶提供了可行的工艺.5.3激光表面合金化预置粉末法激光表面合金化是在铝合金表面先用电镀、火焰喷涂、等离子喷涂等方法预置一层粉末,然后进行激光处理;送粉法激光表面合金化是在激光处理的同时同步送粉至熔池.目前国内外多采用预置粉末法对铝合金进行合金化处理.6复合技术现在使用更多的是一种所谓的复合技术,就是集合各种技术的优点,避免其缺点,从而得到更加理想的表面处理结果.如加弧辉光技术、离子束联合溅射技术等,离子束联合溅射技术中将磁控溅射与离子注入,离子溅射结合有速度快、温度低、结合力好等优点.还有将激光与溅射结合等.7结语随着现代化工业的高速发展,特别是航空航天、汽车、建筑等领域的飞速发展,铝合金在各行各业中的应用将更加广泛;一些特殊条件、极端条件的特殊性要求,使得对铝合金的表面处理有更高的要求,迫使人们对铝合金的性能研究越来越高.一些成本低、污染少、多元素、多层次的表面复合技术必将成为未来发展的主要方向.。
金属材料表面改性技术研究进展
金属材料表面改性技术研究进展近年来，金属材料表面改性技术一直是材料科学领域的研究热点，其应用范围已经涉及到了许多领域，如电子工程、航空航天、汽车制造、生物医药等。
本文旨在对金属材料表面改性技术的研究进展进行综述。
一、介绍金属材料表面改性技术是指通过对金属材料表面进行物理、化学处理等方式改善其表面性能的技术。
这种技术可以改变材料表面的光滑度、硬度、耐腐蚀性、润滑性、电磁性等性能，从而提高材料的使用寿命，减少对环境的影响，增加其应用价值。
二、表面改性技术分类（一）表面处理技术表面处理技术是最传统、最常用的表面改性技术之一。
通过硫酸酸洗、电解抛光等方式，可以去除金属材料表面的氧化皮、锈蚀等物质，从而达到提高材料表面质量的效果。
（二）溅射技术溅射技术是指将原材料置于真空环境下，通过高能离子轰击等方式将离子化原子释放出来，然后沉积到其它材料表面的一种表面改性技术。
该技术可以制备多种复杂合金、纳米材料、金属陶瓷等。
它可以实现从场发射材料到高熔点金属材料的溅射，并可在原位控制薄膜的组成和结构，被广泛应用于化工、电子、新能源、医疗等领域。
（三）化学镀膜技术化学镀膜技术是指将金属离子在化学药剂的作用下与基底表面反应形成合金膜的一种表面改性技术。
该技术具有着成本低、环保等优点，被广泛应用于金属材料的防锈、耐磨损、导电等领域。
（四）等离子体技术等离子体技术是指在气体放电离子化的过程中，产生离子体并加速其运动到基底表面沉积，形成一定的薄层的一种表面改性技术。
等离子体技术不但可用于制备单层和多层涂层、氮化膜、硅氮复合涂层、氧化膜等，还可用于制备具有特殊形状的材料，如微结构和纳米结构。
三、应用与展望金属材料表面改性技术的应用范围越来越广泛。
例如，表面处理技术可以应用于金属零件的美化和环保；溅射技术可以用于制备锂离子电池、太阳能电池等；化学镀膜技术可以应用于制备车用零部件、金属管道等；等离子体技术可以用于制备超硬薄膜、生物医学器械等领域。
金属材料表面改性技术的研究进展
金属材料表面改性技术的研究进展随着经济的快速发展，金属材料在现代工业中已经不可或缺。
然而，由于许多金属材料的表面易受腐蚀和磨损的影响，对表面改性技术的研究越来越受到重视。
在过去的几十年中，金属表面改性的研究范围不断扩大，许多新的表面改性技术被提出并得到了广泛的应用。
现今已有涂层技术、电化学处理、离子注入、等离子修饰等多种表面改性技术，下面将逐一介绍。
涂层技术涂层技术是一种将抗磨损、防腐蚀、隔热等涂层或薄膜施加在金属表面的方法。
近年来，纳米技术的发展使得制备高性能涂层技术成为可能。
例如，利用磁控溅射和物理气相沉积制备的TiAlN和TiN涂层，经过N浓度高至1%的离子注入处理后，其磨损性能和硬度都得到了极大的提高。
转移渗透涂层技术也是近年来应用广泛的一种涂层技术，其主要是利用溶液沉积、界面反应、扩散控制等过程将多种材料的微细颗粒附着在基底上，并形成复杂的梯度结构。
该技术可制备具有高强度、高耐磨性、高温稳定性的涂层，广泛应用于航空、军事、电子等领域。
电化学处理电化学处理是指将外加电势作用下，利用电解质和电极的反应，对金属表面进行改性的一种技术。
这种技术有整流氧化、阳极氧化、阳极氧化着色等几种，其中阳极氧化应用最为广泛，该技术能增强金属表面的耐磨性、耐腐蚀性和硬度。
例如，对纯铝板进行阳极氧化处理，可获得具有自润滑效果的膜层，该膜层可与防腐涂层组合，显著提高耐蚀性能。
离子注入离子注入是指利用加速器加速离子束，并将其注入到材料表层，从而改变材料的化学与物理性质。
这种技术不仅能提高材料的表层耐磨性和耐腐蚀性，还能改变材料的电性能和光学性能等，目前已应用于半导体、光电子、微电子、磁存储等领域。
例如，通过氮、碳等离子注入材料表层，不仅可形成具有较高硬度和耐磨性的膜层，而且还可使材料表层具有了金刚石的硬度、电、热等性质。
等离子修饰等离子修饰是指利用等离子体对金属材料表面进行化学反应，形成一定厚度的薄膜来改善金属材料性能的一种表面改性技术。
金属材料表面改性技术的研究进展与应用展望
金属材料表面改性技术的研究进展与应用展望摘要：金属材料广泛应用于各个领域，但其表面性能常常不满足特定需求。
因此，金属材料表面改性技术成为研究的热点。
本文主要介绍了金属材料表面改性技术的研究进展，包括表面涂层技术、陶瓷增强技术、等离子体表面改性技术以及超快激光表面改性技术，并展望了这些技术的应用前景。
1.引言金属材料作为一种重要的工程材料，因其优异的力学性能和导电性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
然而，在实际应用中，金属材料的表面性能常常不满足特定需求，例如耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性等。
为了改善金属材料的表面性能，研究人员开展了大量的研究工作，提出了各种表面改性技术。
2.表面涂层技术表面涂层技术是目前应用最为广泛的一种金属材料表面改性技术。
该技术通过在金属材料表面涂覆一层外部材料，形成一个保护层，提升金属材料的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性。
目前，常用的表面涂层技术包括电镀、喷涂、溅射等。
未来，随着纳米技术的发展，纳米涂层技术有望应用于金属材料表面改性，以获得更好的性能。
3.陶瓷增强技术陶瓷增强技术是另一种常用的金属材料表面改性技术。
通过在金属材料表面封装一层陶瓷材料，可以提高金属材料的硬度、耐磨性和抗腐蚀性。
陶瓷增强技术主要包括复合材料包覆、等离子体喷涂等。
未来，随着纳米陶瓷材料的研究进展，纳米陶瓷增强技术有望进一步提升金属材料的表面性能。
4.等离子体表面改性技术等离子体表面改性技术是一种通过等离子体处理金属材料表面，提高其表面性能的方法。
等离子体可以提供高温、高能量的环境，使金属材料表面发生化学反应或物理变化。
常用的等离子体表面改性技术包括等离子体氮化、等离子体沉积和等离子体溅射。
未来，等离子体技术有望在材料表面改性领域实现更多的突破。
5.超快激光表面改性技术超快激光表面改性技术是基于超快激光与金属材料相互作用的过程来改变金属材料的表面性质。
超快激光的高功率和短脉冲时间可以在纳秒或皮秒尺度上实现金属材料的大规模结构改变。
金属表面改性技术的研究与发展
金属表面改性技术的研究与发展随着工业化进程的加速，人们对于金属材料的性能和质量要求越来越高。
金属表面改性技术应运而生，成为一种重要的制造工艺。
通过改变金属材料的物化性能，可以提高金属的强度、硬度、耐磨性等性能，从而改善产品的品质和降低生产成本。
金属表面改性技术已经成为现代制造业不可或缺的领域之一。
一、金属表面改性技术的分类金属表面改性技术包括：表面涂覆技术、表面净化技术、表面改性技术等。
表面涂覆技术是指在金属表面涂上一层物质，以改变其物理、化学性质，例如镀金、镀银、电镀等。
表面涂覆技术的优点是，可以改善金属的化学稳定性和防腐性，表面光泽度高，但缺点是涂层厚度有限，不利于加工。
表面净化技术是指通过物理、化学方法去除金属表面的污染、氧化物等物质，以提高表面质量和性能。
表面净化技术的优点是，可以使金属表面平整度高、无杂质、易于加工，但缺点是有些化学清洗剂会对环境造成污染。
表面改性技术是指针对某种金属材料，通过物理、化学方法改变其表面的物理、化学性质，达到提高材料性能的目的。
例如：电弧喷涂、激光表面改性等。
表面改性技术的优点是，可以改善金属的力学性能、耐腐蚀性能和磨损性能，缺点是技术复杂度高、投资成本大。
二、金属表面改性技术的应用金属表面改性技术的应用范围很广，例如：航空航天、汽车、机械、电子等领域。
在航空航天领域，由于航天器必须面对各种极端环境，比如高温、低温、高速等，因此金属表面改性技术显得非常重要。
例如：在飞行器的发动机燃烧室内，涂层可以有效地减少高温下金属的氧化速率，提高发动机寿命和可靠性。
在汽车行业中，改性技术也是重要的应用领域。
例如：针对汽车发动机的零部件，表面涂覆技术可以提高其耐腐蚀性，表面改性技术可以提高其耐磨性和抗疲劳性，从而提升汽车的性能和寿命。
在机械制造领域，金属表面改性技术可以提高机械零部件的硬度和耐磨性，以及提高润滑性能，从而确保机械设备的可靠性和寿命。
在电子产品制造中，涂层技术可以改变电子产品的颜色和质感，表面净化技术可以减少金属表面的静电吸附和污染，表面改性技术可以提高电子产品的散热性能和外观质量。
铝及其合金表面改性技术的进展
铝及其合金表面改性技术的进展
郝清伟;康凤娣;邵忠财;田彦文;李建中
【期刊名称】《有色矿冶》
【年(卷),期】2004(020)006
【摘要】介绍了铝及其合金表面改性的几种方法:化学转化膜、普通阳极氧化、微弧氧化、化学镀镍、激光处理和离子注入等.详细叙述了微弧氧化和化学镀镍技术在铝及其合金材料表面改性方面研究的进展,综述了国内外近年来的研究和应用情况.
【总页数】4页(P30-33)
【作者】郝清伟;康凤娣;邵忠财;田彦文;李建中
【作者单位】沈阳工业学院,化工分院,辽宁,沈阳,110168;沈阳工业学院,化工分院,辽宁,沈阳,110168;东北大学,材料与冶金学院,辽宁,沈阳,110004;沈阳工业学院,化工分院,辽宁,沈阳,110168;沈阳工业学院,化工分院,辽宁,沈阳,110168;沈阳工业学院,化工分院,辽宁,沈阳,110168;东北大学,材料与冶金学院,辽宁,沈阳,110004【正文语种】中文
【中图分类】TG178
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铝合金改性实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本实验旨在研究铝合金表面改性技术，通过激光熔覆、激光选区熔化等工艺对铝合金进行改性处理，提高其表面硬度、耐磨性、导热性等性能，为铝合金在航空航天、交通运输、建筑等领域中的应用提供技术支持。
二、实验材料与设备1. 实验材料：铝合金（2024、AlSi10Mg、AlMgSi等）2. 实验设备：激光熔覆机、激光选区熔化设备、金相显微镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机、导热系数测试仪等。
三、实验方法1. 激光熔覆实验：将铝合金基材表面预置硅粉，采用横流CO2高激光器进行激光处理，研究熔覆工艺参数对覆层质量的影响，包括激光功率、扫描速度、激光束直径等。
2. 激光选区熔化实验：将2024铝合金粉末与AlSi10Mg合金粉末混合，形成AlSi10Mg-2024(TiC)混合粉末，采用激光选区熔化工艺进行成形，并对其沉积态和T6热处理态的显微组织及力学性能进行表征。
3. 淬火时效实验：对铝合金进行淬火处理，测定其时效曲线，分析淬火温度、保温时间等因素对铝合金力学性能的影响。
4. 导热系数测试：对改性铝合金进行导热系数测试，分析改性处理后铝合金的导热性能。
四、实验结果与分析1. 激光熔覆实验结果与分析通过调整激光功率、扫描速度、激光束直径等工艺参数，发现当激光功率为 2.5kW、扫描速度为1m/s、激光束直径为0.8mm时，铝合金表面熔覆层质量较好，表面平整、光滑，无明显裂纹、气孔等缺陷。
2. 激光选区熔化实验结果与分析激光选区熔化过程中，TiC颗粒可作为异质形核点，促进Al形核，抑制粗大柱状晶的形成，显著细化铝合金的显微组织。
T6热处理态的力学性能测试结果表明，激光选区熔化后的铝合金具有较高的抗拉强度、屈服强度和伸长率。
3. 淬火时效实验结果与分析淬火时效实验表明，随着淬火温度的升高，铝合金的硬度和强度逐渐提高，但伸长率逐渐降低。
在淬火温度为530℃、保温时间为2h的条件下，铝合金的力学性能达到最佳状态。
铝合金表面处理国内外研究应用现状
表面工程技术铝合金表面处理国内外研究应用现状学院名称：材料科学与工程学院专业班级：复合材料学生姓名：学号：指导教师：张松立2014 年6 月【摘要】综述了近年来铝合金表面改性技术取得的研究进展，介绍了镀层技术，转化膜处理技术、高能束表面处理技术等方法制备铝合金表面层的原理、特点及研究成果简要介绍了铝合金表面处理技术的新进展,重点介绍了铝合金的阳极氧化、电镀、化学镀和微弧氧化、激光熔覆等工艺。
关键词:铝合金;表面处理;阳极氧化;电镀;化学镀;微弧氧化;激光熔覆前言铝是元素周期表中第三周期主族元素,为面心立方晶格,无同素异构转变,延展性好、塑性高,可进行各种机械加工。
铝的化学性质活泼,在干燥空气中铝的表面立即形成厚约1～3 nm 的致密氧化膜,使铝不会进一步氧化并能耐水;铝是两性的,既易溶于强碱,也能溶于稀酸。
铝在大气中具有良好的耐蚀性。
纯铝的强度低,只有通过合金化才能得到可作结构材料使用的各种铝合金。
铝合金的突出特点是密度小、强度高。
铝中加入Mn、Mg 形成的Al-Mn、Al-Mg 合金具有很好的塑性和较高的强度,称为防锈铝合金,如3A21 ,5A05。
硬铝合金的强度较防锈铝合金高,但防蚀性能有所下降,这类合金有Al-Cu-Mg 系如2A11 ,2A12。
Al-Cu-Mg- Zn 系为超硬铝,如7A04 ,7A09。
新近开发的高强度硬铝,强度进一步提高,而密度比普通硬铝降低15 % ,且能挤压成型,可用作摩托车骨架和轮圈等构件。
Al-Li 合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材。
通过在铝中加入3 %～5 %(质量分数) 的比铝更轻的金属锂,就可以制造出强度比纯铝高20 %～25 % ,密度仅2. 5 t/ m3 的铝锂合金。
这种合金用在大型客机上,可以使飞机的重量减少5 t 多,而载客人数不减。
尽管铝合金材料具有密度小、热膨胀系数低、比刚度和比强度高等优点，但在实际应用过程中，铝合金就呈现出表面硬度较低、耐磨性及耐蚀性差等诸多问题，这在很大程度上限制了铝合金的应用范围。
铝合金激光冲击强化表面改性的研究进展_柳军宁
铝合金激光冲击强化表面改性的研究进展柳军宁*1,2裴峻峰1,2(1.常州大学;2.江苏省油气井口装备工程技术研究中心)摘要介绍了激光冲击强化的作用机理,综述了激光冲击强化对铝合金材料残余应力、疲劳寿命、表面形态和微观结构等机械性能的影响和有限元分析方法在研究中的应用,总结了国内外在该领域的最新研究迸展。
关键词激光冲击强化铝合金机械性能中图分类号TQ05014+1文献标识码A文章编号0254-6094(2011)02-0141-05铝合金比重小,但却有着接近或超过优质钢的强度,具有热膨胀系数低、易于成形、热导率高、成本低廉等优点,广泛应用于航空、航天、汽车、包装、建筑、电子等各个领域。
但是,铝合金也存在诸多问题,如在氯离子及碱性介质存在的情况下,极易发生点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等多种形式的破坏,硬度较低、摩擦系数高、磨损大,容易拉伤且难以润滑导致铝合金耐磨性差。
这些在很大程度上都限制了铝合金的使用范围[1,2]。
国内外对铝及其合金表面进行改质处理的研究很多,这些方法都可改变铝及其合金表面的应力分布、摩擦系数、微观硬度等,以期拓宽其应用范围。
激光冲击波技术利用其极高的冲击压力,对材料作冲击改性处理,在金属的冲击强化处理和材料的冲击精密成型等领域已获得广泛的应用[3]。
笔者主要介绍激光冲击强化(LSP)在铝及其合金表面改性方面的应用和研究进展。
1激光冲击强化的机理激光冲击强化(简称LSP)技术,是利用高功率密度(大于1GW/c m2)的短脉冲(ns级)激光,辐照金属材料表面所产生的高密度等离子体喷射爆炸所形成的冲击应力波(GPa级)来改善材料的抗疲劳、磨损和应力腐蚀等性能的一项新技术[4~8]。
激光冲击一般采用钕玻璃、红宝石及YAG高功率激光装置[9](图1),激光功率密度一般大于1G W/c m2,有时可达10T W/c m2。
如此强度的激光与材料相互作用会出现激光等离子体现象,这是一种物理现象。
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要表现在工艺操作复杂, 处理效率低, 能耗大, 在生产 过程中有大量污水排放, 污染环境。 2 微弧氧化技术
微弧氧化是一种在有色金属表面原位生长陶瓷膜 的高新技术, 又称微等离子体氧化或阳极火花沉积, 它 是在普通阳极氧化的基础上发展起来的一种表面处理 新技术。
微弧氧化技术是通过脉冲电参数和电解液的匹配 调整, 在强电场作用下在金属表面原位生长出一层陶 瓷层, 以达到改善材料表面的耐磨、耐蚀、耐热冲击及 绝缘性能的目的。该技术突 破了传统的阳极 氧化电 流、电压法拉第区域的限制, 把阳极电位由几十伏提高 到几百伏, 氧化电流由小电流发展到大电流, 由直流发 展到交流, 致使在样品表面上出现电晕、辉光、微弧放 电, 甚至火花斑等现象, 使材料表面上的氧化层处在微 等离子体的高温高压作用下, 发生相和结构变化, 使非 晶结构的 A l2 O3转变成 A2 A l2 O3和 C2 A l2 O3, 因此氧化 层硬度在 HV = 1 000以上, 最高可达 HV = 3 000。微 弧氧化生长的陶瓷膜致密, 保护膜厚达 300 Lm, 绝缘 电阻大于 100M8, 与基体结合力强、尺寸变化小, 使铝 合金耐 磨损、耐腐 蚀、耐 热冲 击 及绝 缘 性 得到 极 大 改善。
向发展。表 2参 17
关 键 词: 材料学; 电解液; 微弧氧化; 表 面处理; 铝合金
中图分类号: TG174. 451
文献标 志码: A
文章编号: 100522895( 2010) 0420004205
R esearch and D evelopm en t ofM od ification T echn iqu e on A lum inum A lloys Sur fa ce
除了上述的酸性溶液氧化技术外, 最近还发展了 以下一些表面改性技术:
1) 高速高效阳极氧化。由于阳极氧化的成膜速 度一般只能达到 1 Lm / 3 m in, 因此生产线生产能力的 控制工序 是阳极氧 化工序。高速高 效阳极 氧化 (HEA )技术的工业化可望为提高生产效率开辟道路。 HEA 技术并不是单纯槽液成分, 它是一个体系, 包括 多功能电脑控制的新型电源、特殊的专用添加剂、专门 设计的搅拌系统和特殊的冷却系统, 能使阳极氧化速 度提高到 1 Lm /m in。
膜名称
最大厚 度 / Lm
硬度 / 孔隙率 / 5% 盐雾实 击穿电
HV
% 验时间 / h 压 /V
耐磨性
膜层 柔韧度
均匀性
粗糙度 Ra /Lm
抗热 震性
抗热冲 击能力
膜的微 观结构
微弧 氧化 技术膜
200~ 300 1 500 ~ 2 500
0 ~ 40
> 1 000
普通 50~ 80 300 ~ 500 > 40
1 表面改性技术综述 众所周知, 铝及其合金表面暴露在空气中很容易
产生一层厚度为 0. 01~ 0. 02 Lm 的氧化膜, 有一定抗 腐能力, 但它疏松多孔、不均匀, 使铝表面失去原有的 光泽。因此铝及其合金工件表面一般都需进行氧化处 理。氧化处理是在可控条件下人为生成特定氧化膜的
表面改性过程。 传统的化学氧化处理是将工件放置于酸或碱溶液
2) 换向电流法阳极氧化技术。此技术是采用极 性转换特殊脉冲电源, 在混合酸 + 添加剂组成的槽液 中进行硬质阳极氧化和染色处理, 通过对处理过工件 的通电极性转换, 实现正向电流和反向电流的相互交 换, 并根据波形变化来控制颜色的深浅, 从而使氧化膜 层既有较高的硬度, 又可染上各种颜色, 且工作电压较 低, 可在室温下操作。
Abstr act: The research development of mod ification techn ique on alum inum and its alloys surface at home and abroad was described system atica lly. Introducing the newly developed anod ic oxida tion technology, the paper put stress on study techn ic fea ture of them icro2arc oxida tion and its sta tus2quo. F inally, as a result the m icro2arc oxidation technology w ill deve lop directly to ward low2pollut ion, low2power consumption and multi function. [ Ch, 2 tab. 17 re.f ] K ey w ord s: materia l sc ience; e lectrolyte; m icro2arc oxidat ion; surface treatmen ;t alum inum a lloy
[综述 # 专论 ]
黄娜莎, 等 铝合金表面改性技术的研究与进展
# 5#
特殊的添加剂, 以降低电解液对膜的溶解速度, 提高允 另外则是变传统的直流氧化为脉冲或交直流叠加氧化。 许温度的范围, 加快膜的生成速度, 改善膜的表观状态, 铝及其合金阳极氧化技术性能比较如表 1所示。
表 1 各种阳极氧化技术性能的比较 Tab le 1 P roperties comparison of various anodic oxida tion technologies
阳极氧化种类
氧化膜特性
优越性
缺点
硫酸阳极氧化
氧化膜较厚 (约 5~ 20 Lm ), 无色透明; 孔隙率较高 (平均为 10% ~ 15% ); 吸附力强; 有利于染色
硬度高, 抗蚀性、耐磨性、着色性好; 处理工艺简单, 操作方便, 废液处理容易; 能耗少, 成本较低; 氧化时间短, 生产效率高。
受硫酸 浓 度、温 度、电 流 密 度、氧 化 时 间、搅拌、添加剂、铝合金成 分等多 种因 素影响
HUANG N a2sha1, N I Y i2hua1, YANG Jiang2xin1, L IU Yuan2bin2
( 1. R esearch Institute ofM odern M anufacture Engineer ing, Zhe jiang Un iversity, H angzhou 310027, China; 2. Longquan Guanglong Auto A ir2condition P arts Co. , Ltd, Longquan 323700, Ch ina)
目前, 国内外广泛应用的阳极氧化技术主要有硫 酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极氧化、瓷质阳极 氧化和硬质阳极氧化等 [ 1] 。瓷质阳极氧化又 称仿釉
阳极氧化, 是在有机酸溶液中阳极氧化后, 使铝合金表 面生成有色氧化膜, 它可用于各种仪表、电子仪器零件 表面的防护, 日用品、食品用具的表面装饰。其应用最 广的有草酸钛钾法、铬酸法、混酸法、卡尔考拉法、雷诺 法。硬质阳极氧化技术, 是在低温、高电流密度及特殊 的电解液中获得较厚的氧化膜。目前, 对硬质阳极氧化 的改进主要有两个方面: 一是在常规电解液中添加一些
黄娜莎 1, 倪益华1, 杨将新 1, 刘远彬2
( 1. 浙江大学 现代制造工程研究所, 浙江 杭州 310027; 2. 龙泉市广龙汽车空调配件有限公司, 浙江 龙泉 323700)
摘 要: 较系统地评述了国内外对铝及其合金表面改性技术的研究进展。介绍了最近发展的阳 极氧化技术, 重 点研究了
微弧氧化的技术特点和 研究现状等。最后, 指出了其发展动向: 微弧氧 化技术必 将向着低污 染型、低能耗 型和功 能化方
铬酸阳极氧化
草酸阳极氧化
瓷质阳极氧化 (又 称仿 釉 阳 极氧化 ) 硬质阳极氧化
氧化膜较薄 (约 2~ 5 Lm ), 质地软; 孔隙率低
抗蚀性好; 与有机涂层结合力良好, 常用作涂料底层
氧化膜厚 ( 8 ~ 20 Lm ), 呈白色 或黄色, 色调随其厚度增加而变深; 孔隙率低; 膜层致密, 有较高的硬度和耐磨性
目前, 国内外铝金属的微弧氧化技术主要集中在 解决其耐蚀性问题上。相应的技术包括: 微弧氧化机 理研究、电解液的组成研究、添加剂的研究、电参数的
研究、基体组成研究和氧化时间及电解质的浓度、温度 和 pH 值的研究等。
第 28卷 第 4期 2010年 8 月
轻工机械 L igh t Ind ust ry M ach in er y
Vo.l 28 No. 4 Aug. 2010
[综述 # 专论 ]
DO I: 10. 3969 / .j issn. 100522895. 2010. 04. 002
铝合金表面改性技术的研究与进展
收稿日期: 2009212213; 修回日期: 2010201223 基金项目: 浙江省科技厅面上项目 (浙 江省科投计划 200803) 作者简介: 黄娜莎 ( 1985), 女, 浙 江余姚 人, 浙江 大学机 械系 硕士研 究生, 主 要研究 方向 为工业 工程、制 造业 信息 化。 E2m a i:l nashahuang@ zju. edu. cn
好
差
含 A2A l2O3 C2A l2O3 晶相组织
非晶组织
微弧氧化技术处理后表面获得陶瓷化涂层, 表面 除具有良好的韧性、耐腐蚀、耐磨特性外, 还具有功能 陶瓷的高硬度、与基体高的结合强度一些特性, 特别适 合于恶劣介质中摩擦副部件的使用, 在军工、航空、航 天、机械、纺织、汽车、医疗、电子等领域具有广泛的应 用前景, 铝表面彩色微弧氧化技术的出现还为装饰行 业提供了一种新的选择 [ 3] 。此种方法设备简单、操作 方便、经济高效, 并且生产过程中无三废排放, 无污染。 3 微弧氧化的研究现状
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