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放电等离⼦烧结氧化锆陶瓷的⼯艺优化和性能氧化锆陶瓷因其出⾊的耐磨性、耐腐蚀性和抗断裂性、⾼断裂韧性和⽣物活性等优异性，在许多⼯业应⽤中越来越受欢迎。
最近，⼀种制造氧化锆陶瓷的新型烧结⽅法，称为放电等离⼦烧结（DPS），由于其与传统烧结⽅法相⽐的先进特性⽽备受关注。
DPS的改进特征可以归因于微观结构和晶粒尺⼨的变化以及激光诱导光学处理的改进。
在放电等离⼦烧结过程中，氧化锆粉末被装⼊部分充满液体的腔室，并暴露在放电中。
放电和液体介质的结合产⽣了⼀种新的烧结⽓氛，从⽽使材料的密度化并改善了组件的表⾯质量。
过去⼗年来，DPS进⾏了⼴泛的研究，重点是设计过程参数，如烧结温度、烧结时间、电场和⽓体压⼒，以优化性能。
放电等离⼦烧结的过程参数可⽤于控制和优化烧结材料的性能。
据报道，各种⼯艺参数会影响烧结材料的物理和化学性能，包括烧结温度、⽓体压⼒、电场和烧结时间。
烧结温度是⼀个重要参数，因为它直接影响材料的烧结反应和晶粒⽣⻓。
烧结温度对氧化锆陶瓷晶粒⽣⻓的影响得到了⼴泛研究，众所周知，烧结温度与晶粒尺⼨成反⽐。
较⾼的烧结温度通常会导致更细粒度，反之亦然。
电场强度和⽓体压⼒在等离⼦烧结过程中也起着重要作⽤。
增加电场强度将增加颗粒携带的电荷量，这反过来⼜会增加烧结过程中产⽣的热量并加速晶粒⽣⻓。
同样，⽓体压⼒对烧结反应和最终材料的微观结构也有深远的影响。
增加⽓体压⼒会导致材料的快速加热，从⽽加速烧结反应。
该⼯艺还⽤于控制烧结材料的晶粒尺⼨和尺⼨分布。
烧结时间是放电等离⼦烧结过程中的另⼀个重要参数。
随着烧结时间的增加，烧结过程中产⽣的热量增加，这反过来⼜会影响材料的最终微观结构。
增加烧结时间往往会带来更细的晶粒尺⼨和更好的物理性能。
通过在烧结前将添加剂引⼊粉末中，可以进⼀步优化烧结组件的性能。
添加剂在控制烧结材料的微观结构和性能⽅⾯发挥着重要作⽤，如晶粒尺⼨、孔隙度、耐磨性和耐腐蚀性。
例如，据报道，添加稀⼟氧化物可以提⾼氧化锆陶瓷的烧结率和⾕物⽣⻓。
等离子体表面改性技术……吴师妹整理I前沿材料表面处理技术是U前材料科学的前沿领域，利用它在一些表面性能差和价格便宜的基材表面形成合金层，取代昂贵的整体合金，节约贵金属和战略材料，从而大幅度降低成本。
科学技术和现代工业的发展，对摩擦、磨损、腐蚀和光学性能优异的先进材料的需要日益增长，这导致了整个材料表面改性技术的发展与进步，其中等离子体表面改性技术发挥了重要作用。
等离子表面处理因其性能的优势和低廉的成本已成为材料科学领域最活跃的研究方向之一。
2等离子体表面改性的原理等离子体是一种物质能量较拓的聚集状态，它的能量范用比气态、液态、固态物质都高，被称为物质的笫四态，存在具有一定能量分布的电子、离子和中性粒子，在与材料表面的撞击时会将自己的能量传递给材料表面的分子和原子，产生一系列物理和化序过程。
一些粒子还会注入到材料表面引起碰撞.散射、激发、重排、异构、缺陷、晶化及非晶化，从而改变材料的表面性能。
3等离子体表面改性技术的种类根据温度不同，等离子体可分为拓温等离子体和低温等离子体（包括热等离子体和冷等离子体）。
高温等离子体的温度高达10&K〜10吆，在太阳表面、核聚变和激光聚变中获得。
. 丘/体一般为稠离子体，冷等离子体一般为稀薄等离子体。
在材料表面改性技术中，溅射、离子镀、离子注入、等离子化学热处理丄艺应用的是在低压条件下放电产生的低压（冷）等离子体，而等离r 喷涂、等离r淬火及多元共渗相•化、等离子熔覆価冶金等工艺中应用的是低温等离子体中的稠密热等离子体，通常指压缩电弧等离子束流。
3.1低压（冷）等离子体表面处理技术近年来，低压等离子体在表面镀膜、表面改性及表面聚合方面发挥着越来越重要的作用。
3.1.1溅射和离子镀溅射镀膜是基于离子轰击靶材时的溅射效应，采用的最简单装置是直流二极溅射，其它类型的溅射设备有射频溅射磁控溅射、离子束溅射等，其中磁控溅射山于沉积速率高，是U前工业生产应用最多的一种。
氧化铝陶瓷膜材料的制备与性能研究一、研究背景氧化铝陶瓷是一种重要的高温材料，具有良好的耐热性、耐腐蚀性、低介电常数等特性，被广泛应用于高温环境中的机械、电子、光学等领域。
氧化铝陶瓷材料主要通过氧化铝膜材料制备而成，因此氧化铝膜材料的制备和性能研究对于氧化铝陶瓷材料的开发和应用具有重要意义。
二、氧化铝膜材料的制备1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备氧化铝膜材料的常用方法之一。
该方法主要通过水解混合溶液中的铝硝酸盐，使其形成胶体溶液，然后通过加热干燥形成氧化铝凝胶。
最后，利用高温处理方法将氧化铝凝胶转化为氧化铝膜材料。
2. 离子束溅射法离子束溅射法是一种物理气相沉积方法，可以制备出高质量的氧化铝膜材料。
该方法主要通过将高能离子束瞄准于氧化铝靶材表面，使其表面原子被击碎并在基底表面沉积形成氧化铝薄膜。
该方法制备出的氧化铝膜具有良好的致密性和均匀性。
3. 电化学氧化法电化学氧化法是利用电化学反应制备氧化铝膜的方法。
该方法主要利用铝或铝合金作为阳极，在电解液中施加电压，通过电化学反应形成氧化铝膜。
该方法简单易行，但制备出来的氧化铝膜厚度较薄且致密性不如其他方法。
三、氧化铝膜材料的性能研究1. 机械性能氧化铝膜材料具有较高的硬度和弹性模量，能够承受较大的外力和划伤，因此可以应用于高硬度和高耐磨的领域，如磨损件、机械密封件等领域。
2. 光学性能氧化铝膜材料具有良好的透明性和高反射率，可用于光学透镜、光学滤波器等领域。
同时，氧化铝膜材料还能应用于红外技术中，具有良好的透过红外光的性能。
3. 电学性能氧化铝膜材料具有低介电常数和良好的绝缘性能，也具有较高的耐电性能和高压电常数，可用于超高频和微波领域的电子元件。
四、结论氧化铝陶瓷膜材料制备和性能研究对于氧化铝陶瓷材料的开发和应用具有重要意义。
溶胶-凝胶法、离子束溅射法和电化学氧化法是常用的氧化铝膜材料制备方法。
氧化铝膜材料具有较高的机械性能、光学性能和电学性能，同时具有广泛的应用前景。
Al-Si合金的等离子电解氧化及膜层组织性能研究刘雁玲;李建平;王萍【期刊名称】《西安工业大学学报》【年(卷),期】2012(032)006【摘要】为提高铝合金材料在高温下的使用性能,采用等离子电解法在锆盐体系和锆盐-钇盐复合体系中于铝硅合金表面制备了陶瓷层.分析了电解液浓度及成分对起弧电压、膜层厚度、组织及隔热温度的影响.研究结果表明:两种电解液体系中随电解液浓度的增大,起弧电压降低,陶瓷层厚度和隔热温度先增大后减小.与锆盐体系相比,锆盐-钇盐体系中起弧电压显著降低,膜层厚度与隔热温度提高.锆盐体系陶瓷层中生成了常温下稳定的t-ZrO2,锆盐-钇盐体系涂层中则生成了立方相的c-Y0.15Zr0.85O1.93.制备的两种陶瓷膜层与传统的硅酸盐膜层相比,其表面孔洞较少,锆盐-钇盐体系相对于锆盐体系其陶瓷层更加均匀、致密.【总页数】6页(P470-475)【作者】刘雁玲;李建平;王萍【作者单位】西安工业大学材料与化工学院,西安710032;西安工业大学材料与化工学院,西安710032;西安工业大学材料与化工学院,西安710032【正文语种】中文【中图分类】TG174.4【相关文献】1.Ti-6Al-4V合金在铝酸盐溶液中的等离子体电解氧化和膜层性能 [J], 彭昭美;程英亮;李颖;曹金晖;吴有伍;蔡超2.镁锂合金低能耗等离子电解氧化膜层的制备与耐蚀性研究 [J], 田昊阅;窦铮;金雨佳;段兴云;庄佳庚;郭磊;陈飞3.面向钛合金微细铣削的等离子体电解氧化膜层的制备与性能分析 [J], 胡益忠;孟建兵;栾晓声;程祥;董小娟;张宏伟;曲凌辉;魏修亭4.镁合金微等离子体电解氧化陶瓷层生长及膜层微观形态和耐蚀性能的研究 [J], 王申;潘伟;李新明;苏永忠5.镁合金环保型等离子体电解氧化膜层结合机理的研究 [J], 冯崇敬;刘晓烈;陈昌华;孙立喜;潘辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
等离子喷涂氧化锆涂层的性能研究进展程水凤材科091班摘要等离子喷涂制备的纳米陶瓷涂层与传统微米级涂层相比晶粒更细小, 耐腐蚀性和断裂韧性明显提高,且致密度、硬度和结合强度更高,本文对等离子喷涂的原理做了简单介绍，就等离子喷涂氧化锆涂层的性能特点进行综述，并总结了最近的研究成果。
关键词等离子纳米陶瓷氧化锆生物活性0 前言二十一世纪以来, 随着经济和技术的进步, 以及人们对环保和节能降耗等意识的增强，人们对材料的选择和技术工艺的应用提出了更高的要求。
陶瓷的韧性是陶瓷材料领域研究的核心问题,陶瓷的纳米化及纳米复合是目前改善其断裂韧性的极为重要途径之一。
1987年德国的Karch 等人首次报道了所研制的纳米陶瓷具有高韧性与低温超塑性行为, 这第一次向世界展现了纳米陶瓷潜在的优异性能, 为解决陶瓷材料的最大问题——脆性展示了一个新的思路。
随着纳米粉末的生产进行了工业化, 纳米材料的研究重点正在从粉末的合成向以粉末为基的涂层或体结构材料的制备转变。
纳米材料由于其结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，为等离子喷涂涂层性能的提高提供有利条件。
经大量研究表明, 把等离子喷涂技术与纳米技术进行结合, 以纳米结构粉末为原料用等离子喷涂技术制备的纳米结构涂层表现出了极为优异的性能, 使纳米材料的应用更加广泛和大规模化。
由于等离子喷涂法制备的纳米结构涂层具有涂层和基体的选择范围广、工艺简单、沉积效率高以及易于形成复合涂层等优点, 因此在工业上潜在着较为广泛的应用前景。
纳米陶瓷涂层已经成为材料研究的一个新热点。
本文就等离子喷涂氧化锆涂层材料的性能研究做简单综述。
1 等离子喷涂原理等离子喷涂是采用等离子焰流为热源, 将金属或非金属加热到熔化或者半熔化状态,再用高速气流将其吹成微小颗粒,然后喷射到经过处理的工件表面, 形成牢固的覆盖层, 以满足不同工况需求的一种技术。
由于电离介质的不同, 等离子喷涂可分为气体稳定等离子喷涂和液体稳定等离子喷涂两类。
陶瓷膜集成系统操作工艺的研究陶瓷膜集成系统是一种新兴的材料工艺技术，其能够将高品质的陶瓷材料与金属等基材进行紧密结合，从而形成具有优异性能的多功能复合材料。
而在其生产过程中，操作工艺则是极其重要的环节之一，在保障产品质量的同时，也对整个生产效率有着直接的影响。
本文将围绕陶瓷膜集成系统的操作工艺进行深入研究，并对其存在的问题及对策进行探究和分析。
一、现有操作工艺的研究现状目前，关于陶瓷膜集成系统的操作工艺研究已经有了一定的进展，主要包括以下方面：1. 基材表面处理技术：表面清洗、拉伸、氧化及硅化等预处理技术，其能够有效地提高基材表面的粗糙度，从而增强材料的结合强度；2. 淀粉法制备工艺：通过淀粉水溶液的煮沸、破乳、凝胶等过程，形成均匀的粘结剂涂层，从而打造优秀的制备工艺；3. 陶瓷膜制备工艺：采用离子束沉积（IBAD）、物理气相沉积（PVD）及溶胶-凝胶等手段，制备出具高致密度、多样化结构性质的陶瓷膜；4. 其他操作技术：如激光加工技术、材料温度控制技术、有源限制技术等，其均能够在某一方面提高生产效率及产品性能。
但是，在现有操作工艺中仍然存在着一些问题，需要我们进一步分析和研究，并提出合理、可行的对策。
二、问题分析及对策探讨1. 陶瓷膜瑕疵率高在陶瓷膜制备的过程中，常常出现瑕疵、破损等问题，并且问题较为突出，这不仅会影响产品的使用寿命，也会导致产品质量不稳定。
针对这个问题，我们可以通过以下对策来提高陶瓷膜的质量：1.1 优化陶瓷膜制备工艺，确保其密度高、结构均匀且无孔洞、裂缝等瑕疵；1.2 选择合适的陶瓷材料及喷雾条件，并在喷雾时采用合适的喷雾压力、施加电压及电场等参数，尽可能降低瑕疵率；1.3 现场作业中，对机器进行定期维护，确保各部件运转正常，减少不必要的故障和损坏。
2. 基材与陶瓷膜结合不紧密基材和陶瓷膜间的结合强度不足，这不仅会降低产品的整体性能，也会导致产品寿命缩短。
为了解决这个问题，我们可以采取以下措施：2.1 对基材进行表面处理，如清洗、拉伸、氧化等处理方式来提高表面的粗糙度，从而提高结合强度；2.2 在陶瓷膜制备时，可以通过适当的微观结构设计或者改变细节参数，以优化陶瓷膜的粘结性，增加与基材的黏结能力；2.3 使用纳米级金属粒子或者聚合物等辅助材料，增加陶瓷膜和基材之间的黏结力。
文章编号:10044736(2007)03005504等离子体电解氧化陶瓷膜的工艺研究刘 黎1,危立辉2(1.中南民族大学计算与实验中心;2.中南民族大学电子信息工程学院,湖北武汉430074)摘 要:利用等离子体电解氧化技术在铝合金6063表面生成了氧化物陶瓷膜.测试了氧化膜表面厚度和硬度,观察了膜层表面形貌,分析了氧化陶瓷膜的成分,探讨了不同电流密度对形成陶瓷膜厚度和硬度的影响.结果表明:铝合金6063表面陶瓷膜的厚度和硬度随电流密度的增大而提高,但有一极限值平均电流密度极限值为25A /dm 2.;随氧化时间的延长而增厚增硬,但也有一极限值,氧化时间极限值为45min .关键词:等离子体电解氧化;铝合金;氧化陶瓷膜;XR D 衍射图谱中图分类号:T G 146.2 文献标识码:A收稿日期:2007-01-05基金项目:国家民委科研资助项目(05ZN 03)作者简介:刘 黎(1964硕士.研究方向:等离子体材料表面改性.0 引 言随着国民经济的发展,铝和铝合金材料在汽车、航天、航空、船舶、兵器、轻工机械、化学化工、石油化工、电子工程、仪器仪表和医疗卫生等领域应用广泛,同时对铝合金材料表面处理的要求也越来越高,只有赋予其各种优异的功能特性,才能使它们在使用中能承受更加恶劣的工作环境和条件,从而促进它们更广阔的应用.为了改善铝合金零部件表面耐磨的特性,人们做了大量的研究工作,如电镀硬铬、热喷涂、离子溅射、激光改性、阳极氧化等.等离子体电解氧化采用高电压、大电流,在电解液中微弧放电的形式,在铝合金表面形成一层较厚的功能性陶瓷涂层,涂层具有高耐磨性和抗腐蚀性,同时它还具备电绝缘、耐热特性,等离子体电解氧化已成为铝、镁、钛等金属及合金的最具发展前途的表面处理工艺之一.为此,在中南民族大学等离子体研究所自行研制的电源上对6063铝合金表面进行了等离子体电解氧化实验,并对表面形成的陶瓷膜进行了分析.1 等离子体电解氧化现象及特点1.1 原理等离子体电解氧化也即微弧氧化,是一种在高电压、大电流下对金属材料进行表面处理的技术.由于采用了较高电压(大于250V ),在微弧氧化处理过程中,可在样品材料表面观察到光斑(弧光)现象,光斑十分细小,密度很大,且无固定位置,这种细小的光斑意味着在样品材料表面形成了大量的等离子体微区.在微区内瞬间温度可达2500℃以上,压力可达数百个大气压,为一系列的化学、物理反应的进行创造了条件.利用这一环境可在材料表面生成具有一定厚度、致密的陶瓷氧化层,可用来改善材料自身的防腐、耐磨和电绝缘等特性.自20世纪50年代开始研究以来,等离子体电解氧化技术机理的研究取得了很大的进展,该技术的基本原理类似于阳极氧化,所不同的是利用等离子体弧光放电增强了在阳极上发生的化学反应,这也是微弧氧化膜层综合性能得到提高的原因.国外的研究表明,等离子体电解氧化包含以下几个基本过程:a .空间电荷在氧化物基体中形成;b .在氧化物孔中产生气体放电;c .膜层材料的局部熔化;d .热扩散、胶体微粒的沉积;e .带负电的胶体微粒迁移进入放电通道;f .等离子体化学与热化学反应等[1].1.2 特点与许多表面强化工艺相比,等离子体电解氧化具有如下特点:a .设备简单,工艺操作简便,反应可以在常温下进行.b .工件不需要特殊处理就可加工,工艺重复性好.c .工艺清洁,在加工进行的过程中,不产生有害气体,残液排放符合环保要求.d .电解液配制简单,寿命长,维护方便,成本低.1.3 应用等离子体电解氧化技术作为一种新兴的表面处理技术正日益受到人们的重视.由于氧化陶瓷膜具有许多卓越的性能,已很快应用到社会生产及生活的各个领域.第29卷第3期 武 汉 工 程 大 学 学 报 V ol.29 No.32007年05月 J. W uhan Inst. T ech. M ay 2007汽车工业中如发动机活塞(铸造高硅铝合金材料)进行等离子体电解氧化处理,可极大地提高活塞的硬度和耐磨性,改善活塞表面磨损严重的状况[2].纺织工业中有许多高速旋转的零部件和易损件,经等离子体电解氧化后有很高的硬度和耐磨性,因此等离子体电解氧化技术在纺织机械中具有广阔的应用前景[3].铝合金等离子体电解氧化表面生成的陶瓷膜主要由晶态Al 2O 3组成, Al 2O 3和 Al 2O 3的高阻态特性决定了等离子体电解氧化陶瓷层的高绝缘性[4],因此等离子体电解氧化技术广泛应用在电工材料领域.2 实验准备2.1 实验装置本文使用的等离子体电解氧化设备由自行研制的PN -Ⅲ微弧氧化电源、电解槽、搅拌系统和水冷系统组成.等离子体电解氧化实验装置结构图如图1所示.电源指标:正向电压600V,正向电流15A,频率60～2000Hz,占空比8%～78%,稳压/稳流工作方式.图1 微弧氧化实验装置结构图Fig .1 Structur e figure of micr o ar c equipment1.微弧氧化电源2.电解槽3.金属阴极4.被处理的试样5.水槽通过微弧氧化电源在6063铝合金试样上施加电压,使试样表面的金属与电解质溶液相互作用,在试样表面形成微弧放电,在高温、电场等因素的作用下,金属表面形成陶瓷膜,达到6063铝合金表面强化的目的.2.2 试样预处理铝合金样品用金属洗涤剂除油后自来水清洗即可.本文所用的试样材料是锻铝LD31,美国牌号6063,其化学成分(质量分数)为:Si 0.2～0.6,Fe 0.35,Cu 0.10,M n 0.10,M g 0.45～0.9,Cr 0.10,其余为铝.试样尺寸:20m ×7m ×3mm.分别在试样上端钻一个 3的小孔,用铝芯导线穿过小孔作引线,用回天902单组有机硅灌封胶密封导线与小孔的连接处以防微弧氧化过程中连接处放电烧断导线,等到密封胶干燥凝固后再将导线与微弧氧化电源的正极相连.为了分析等离子体电解氧化后的结果,在处理前先将试样表面自然形成的氧化膜用水砂纸打磨掉.2.3 电解液配备一般情况下,可配制4种体系电解液:(1)氢氧化钠体系;(2)铝酸盐体系;(3)硅酸盐体系;(4)磷酸盐体系[5].为了得到不同功能的氧化陶瓷膜层还可以加入其它一些添加剂.根据查阅文献的情况和前期试验综合考虑,本实验采用磷酸盐体系,按不同质量分数,采用蒸馏水、六偏磷酸钠15g /L 、硅酸钠6g /L 、氟化钠9g/L 以及氢氧化钾2g /L 混合配制成电解液.3 6063铝合金等离子体电解氧化的工艺实验3.1 电流密度对膜层厚度硬度的影响实验条件:占空比75%,频率1.2kHz ,电源恒流方式,处理时间为30min,电压变化范围350～600V.恒流方式等离子体电解氧化比恒压方式等离子体电解氧化反应要强烈,只需要通过控制电流和时间,恒流方式省时且易于控制.氧化膜厚度由奥林巴斯MP-Ⅲ倒置显微镜测量,硬度由HX-500显微硬度计测量.实验结果如表1,陶瓷氧化膜层的厚度随平均电流密度的增加而增加,峰值电流密度在25.5～42.5A/dm 2范围内陶瓷氧化膜层的厚度最大.这是由于随着平均电流密度的增加,用于等离子体电解氧化的电能量也在增加,反应速度加快,在一定时间范围内,反应速度快,陶瓷膜层就增厚.但平均电流密度过高时,电压也高,等离子体电解氧化由火花放电阶段而进入了弧光放电阶段,这种连续的放电对膜层破坏很大,甚至出现剥落.如平均电流密度为50.9A/dm 2时,电解液沸腾,翻出大量水花,氧化膜表面比较粗糙,有些部位出现脱落现象.表1 膜层厚度、硬度与电流密度的关系T able 1 R elation of ox idatio n co atings thickness andhar dness平均电流密度/A ・dm -28.525.53442.550.9膜厚/ m6680114116105硬度/Hv 0.05570633883109210613.2 处理时间对陶瓷膜厚度硬度的影响在电源恒流方式下电流密度为2.55A /dm 2、56武汉工程大学学报第29卷25.5A/dm2、42.5A/dm2时分别进行等离子体电解氧化实验,考查陶瓷膜厚度随氧化时间变化的情况.通过等离子体电解氧化实验,测量得到表2的实验结果.表2 不同电流密度陶瓷膜厚度、硬度随时间变化的实验结果 T able2 Ex per iment result of ceramic coating s thickness and har dness variation with treatment time in different cur rent density氧化时间/min1020304560厚度硬度厚度硬度厚度硬度厚度硬度厚度硬度2.55A・dm-21087.820116295093852045550 25.5A・dm-236126786728063312929571281814 42.5A・dm-24526050660116109265996711145 实验中发现,放电刚一开始时因表面生成的氧化膜很薄容易被击穿,发生放电的位置较多而且电流很大,这从试样表面游动的火花数量上可以看出.此时氧化膜增加很快,但随着微弧氧化膜的增厚,击穿变得越来越难,发生放电击穿的位置变少,微弧氧化膜的生长速度变慢.当等离子体氧化处理到达一定的时间时,氧化膜厚度将不再增加,样品表面的火花也将不再产生.对表2进行分析发现,当电流密度较小时氧化膜的厚度和硬度随处理时间的延长而增大;当电流密度稍大时氧化膜的厚度和硬度却出现拐点,这说明在等离子体电解氧化过程中能量是一个重要参数;当电流密度为25.5A/dm2,氧化时间为45m in时6063样品表面氧化膜的厚度为129 m,硬度2957Hv0.05,在所有前述工艺实验中性能最好.综合前面所有工艺实验得出6063铝合金配方为:蒸馏水中加入以下几种试剂,(NaPO3)6的质量浓度为15g/L,KOH的质量浓度为2g/L, NaF的质量浓度为9g/L;Na2SiO3的质量浓度为6g/L的电解液中的最佳的等离子体电解氧化工艺条件为:电源参数:恒流方式,占空比为75%,频率为1.2kHz,电流密度为25A/dm2左右,氧化时间为45m in.4 结果与讨论4.1 结果等离子体电解氧化结束后将试样用自来水清洗可见表面呈深灰色,表面的氧化膜层比较均匀致密.通过日本JEOL公司生产的型号为JSM 6700F的扫描电镜对6063样品表面氧化陶瓷层进行表面形貌扫描,形貌如图2. 陶瓷膜层的表面XRD图谱由丹东射线仪器有限责任公司生产的Y-2000粉末衍射计测得,铜靶辐射,X射线的波长为0.15418nm,衍射图谱如图3.图2 氧化过的试样表面形貌F ig.2 Surface morpholog y o f ox idizedsample# Al2O3,* Al2O3, ＄ 铝图3 陶瓷氧化膜的表面XR D衍射图谱F ig.3 Surface X RD diffraction spect ra of cer miccoating 图2显示,铝合金6063样品经等离子体电解氧化后表面可生成一层陶瓷膜,膜表面是多孔且疏松的,表面上呈现出大量的杂乱的像“火山锥”的孔洞,这些孔洞是微弧放电形成的.在放电通道内,瞬时温度能达到6800～9500K[6],而使通道内的铝熔化,熔融的铝与电解液密切接触,形成Al2O3,并且快速冷却,冷却速率甚至达到108K/s[7],以至于出现Al2O3的晶相.这些孔洞的周围有大量喷涌的冷凝物Al2O3给基体试样增加了厚度,长时间的氧化作用导致在基体上形成一层致密的氧化膜.由此可看出等离子体电解氧化技术生成的氧化膜是在金属表面通过冶金结合的57第3期刘 黎,等:等离子体电解氧化陶瓷膜的工艺研究方式生成的,所以结合强度很高,且致密的氧化膜保护了金属的基体材料,使其有很好的耐蚀性.图3显示,锻铝试样表面的微弧氧化膜层主要由Al和 Al2O3和 Al2O3组成.在等离子体电解氧化过程中,试样表面有许多游动火花,每个火花熄灭瞬间内,熔融Al2O3迅速固化形成含有 Al2O3、 Al2O3结构的陶瓷氧化层. Al2O3和 Al2O3属于六方晶系,具有极高的硬度,这就是陶瓷氧化膜表现出硬度高的原因.4.2 讨论试样经过水砂纸打磨,抛光后在Hx-500显微硬度计的目镜中可以看到基体组织结构形貌不受损伤.等离子体电解氧化过程是一个多种因素控制的复杂过程.氧化陶瓷膜的品质因而受多种技术参数的影响,例如电解液的成分、浓度和温度,阳极所采用的材料,电极所加的电压、电流大小,处理时间的长短等都与氧化陶瓷膜的品质有很重要的关系.起始电压的选择与电解液的电导率有关系,工作电压的选择要依据弧光放电的电火花的程度来选择.这些因素在等离子体电解氧化过程中如何对表面陶瓷膜的性能产生影响,在工艺中如何找出规律,还有待于进一步的研究.5 结 语利用微弧氧化电源,使铝合金6063在磷酸盐体系电解液中进行等离子体电解氧化反应,此反应能够使铝合金6063表面生成一层厚度高达129 m、硬度高达2957Hv0.05的陶瓷膜层.这将使铝合金6063的金属表面性能得到改善,提高其表面硬度和耐磨性,从而使铝合金6063的应用前景更加广阔.参考文献:[1] 蒋百灵,白力静,蒋永锋,等.铝合金微弧氧化技术[J].西安理工大学学报,2000,16(2):138142. [2] 宋希剑,秦 东.铸造高硅铝合金表面微弧氧化陶瓷覆层[J].材料保护,2000,33(5):5152.[3] 来永春,陈如意,邓志威,等.微弧氧化技术在纺织工业中的应用[J].腐蚀科学与防护技术,1998,(1):952.[4] 来永春,施修龄,华 铭.铝合金表面等离子微弧氧化处理技术[J].电镀与精饰,2003,22(3):1 3. [5] 刘文亮.铝合金在不同溶液中的微弧氧化膜层性能研究[J].电镀与精饰,1999,21(4):911.[6] V an T B,Br ow n S D,W irtz G P.M echanism ofA nodic Spar k Depo sition[J].A m Ceram So c Bull.1977,56(6):563566.[7] T er leeva O P,Belevantsev V I,Slonov a A I.T y peso f D ischarg es in Electro chemical M icr oplasmaP rocesses[J].P rot ection of M et als.2003,39(1):5054.Technology research of plasma el ectrolytic oxidation ceramic coatingsLIU Li1,WEI Li hui2(1.Center of Computing&Ex per iment ing,South Central U niversity F or Nationalities,W uhan430074,China;2.Co llege of Electr onic Infor mation,So uth Central U niversity For N at ionalities,W uhan430074,China)Abstract:This paper introduces the forming of ceram ic oxide coating on the surface of aluminum alloy 6063w ith plasma electrolytic ox idation technology.T he hardness and thickness of the m icroarc oxidation coatings w ere tested,The surface morphology of the coatings w ere observed,The com ponent of ceramic coatings were analy sed,the effect of different current density for the hardness and thickness of ceramic coatings w as discussed.T he result show s that the hardness and thickness of ceram ic coatings on aluminum alloy6063increase w ith current density,ox idizing time,but the hardness and thickness of ceram ic coatings can’t be infinitely increased,and at last kept to a lim it.T he limit of average current density is25A/dm2. The oxidizing time is45min.Key words:plasm a electroly tic ox idation;aluminum alloy;oxidation ceramic coating;XRD本文编辑:萧 宁58武汉工程大学学报第29卷。
