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制造工程设计ｌ　Ｍｍｍｆａｃｔｕｒｅ　咖ｅｅ咖　５　ｌ　

Ｅｒ对７０７５铝合金微弧氧化膜结构层性能影响研究　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｒａｒｅ　Ｅａｒｔｈ　Ｅｒ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏ　Ａｒｃ　Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　Ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｏｎ　７０７５　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ａｌｌｏｙ　王逸霄　（西南石油大学材料科学与工程学院，成都６１０５００）　ＷＡＮＧ　Ｙｉ．ｘｉａｏ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ　ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎ　Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１０５００，Ｃｈｉｎａ）　【摘要】通过对稀土Ｅｒ添加量分别为Ｏ％和０．３５％的７０７５铝合金试样进行微弧氧化表面处理，利用显微硬度计、涡轮测厚仪、　扫描电镜（ｓＥＭ）、划痕仪、极化曲线电化学工作站等仪器检测微弧氧化所得陶瓷膜层各项性能指标，通过大量数据对比，分析稀　土Ｅｒ元素对７０７５铝合金微弧氧化陶瓷膜层性能的影响。结果表明：稀土Ｅｒ能够提升陶瓷膜层致密度，使膜层更加致密，同时使　硬度增加，与基体间结合力提高，但对膜厚无影响。Ｅｒ的添加使得膜层晶粒间构成腐蚀电池的几率下降，膜层耐腐蚀性有所增　加。　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＢｙｔｈｅｒａｒｅｅａｒｔｈＥｒａｄｄｉｔｉｏｎａｍｏｕｎｔｗｅｒｅｚｅｒｏａｎｄ０．３５％ｏｆ７０７５ＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙＭｉｃｒｏａｒｃｏｘｉｄａｔｉｏｎｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｕｓｉｎｇ　ａｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｍｅｔｅｒ，ｔｕｒｂｉｎｅｔｅｓｔｔｈｉｃｋｎｅｓｓｔｅｓｔｅｒ，ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ），ｓｃｒａｔｃｈｔｅｓｔ，ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｕｒｖｅａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｆｏｒｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏ　ａｒｅ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｃｅｒａｍｉｃｓｆｒｏｍｔｈｅｆｉｌｍｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｌｏｔｏｆｄａｔａ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎａｌｙｓｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆＥｒｅｌｅｍｅｎｔｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍｉｃｒｏａｒｃｏｘｉｄａｔｉｏｎｃｅｒａｍｉｃｃｏａｔｉｎｇｓｏｎ７０７５ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒａｒｅｅａｒｔｈＥｒｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅｃｅｒａｍｉｃｆｉｌｍ，ｍａｋｅｔｈｅｆｉｌｍｍｏｒｅｃｏｍｐａｃｔ，ａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｈａｒｄｎｅｓｓ，ａｎｄｔｈｅ　ａｄｈｅｓｉｏｎｆｏｒｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍａｔｒｉｘａｎｄｔｈｅｍａｔｒｉｘ，ｂｕｔｔｈｅｆｉｌｍｔｈｉｃｋｎｅｓｓｈａｓｎｏｅｆｆｅｃｔ．ＴｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆＥｒｒｅｄｕｃｅｄｔｈｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｂａｔｔｅｒｉｅｓｆｏｒｍｅｄｉｎｔｈｅｇｒａｉｎｏｆｔｈｅｆｉｌｍｌａｙｅｒ，ｔｈｅ　【关键词】稀土Ｅｒ；７０７５铝合金；微弧氧化；膜层性能　【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｒａｒｅｅａｒｔｈＥｒ；７０７５ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ；ｍｉｃｒｏａｒｃｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ｆｉｌｍｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　【中图分类号］ＴＧ１４６．２１　【文献标志码】Ａ　【文章编号】１００７．９４６７（２０１５）０９．０１　１３．０４　［ＤＯＩ］１０．１３６１６０．ｃｎｋｉ．ｇｅｊｓｙｓｊ．２０１５．０９．０３０　

１引言　微弧氧化技术简称为ＭＡＯ，其原理是基于普通阳极氧化　技术，在高电压下利用弧光放电以加强发生在阳极上的反应，　最终在以镁、铝、钛及其合金工件表面形成性能优异陶瓷膜的　方法【】】。利用微弧氧化技术在铝合金表面生成的陶瓷层具有厚　度均匀，与基体结合力强，硬度高等特点，能显著改善铝合金　【作者简介】王逸霄（１９９２一），男，四川成都＾，大学本科毕业生，从　事材料科学与工程研究，（电子信箱）１　９１　３２４５Ｏ９５＠ｑｑ．ｃｏｍ。　

耐磨、耐腐蚀等综合表面性能田。７ｘｘｘ系铝合金属于Ａ１．ｚｌ１．　Ｍｇ－Ｃｕ系合金，这类合金具有较高的比强度、硬度、韧性以及　优良的加工性能，目前多用于航空航天工业及海洋船舶等领　域嘲。　稀土元素在自然界中分布极其广泛，而我国具有相当丰　富的稀土资源，稀土元素也被应用于各个领域，尤其在有色金　属加工行业更加普遍　。在铝合金领域中，稀土元素Ｅｒ的加入　能够显著改善铝合金的力学ｌ！生能，并起到细化晶粒、提高合金　再结晶温度的作用嘲。　１１３　４．２微弧氧化表面陶瓷膜硬度及膜厚对比　．　４．１．　表２为２组试样微弧氧化陶瓷膜层硬度值，表３为２组　

试样微弧氧化陶瓷膜层厚度值。分别求取表中５组数据平均　一０．６　值，得出未添加Ｅｒ试样陶瓷膜平均硬度为３２３．０５ＨＶ，含　

．７　０．３５％Ｅｒ试样陶瓷膜平均硬度为３６９．６４ＨＶ，可知添加稀土Ｅｒ　

且　后铝合金微弧氧化陶瓷膜硬度明显增加，陶瓷膜层硬度与膜　…　

层致密度以及膜层组成有密切关系，Ｅｒ的加入使膜层致密度　增加同时影响膜层组成，因此导致膜层硬度增加；２组试样平　均厚度对比无明显偏差，推测原因可能由于微弧氧化膜层厚　－１・１　度与微弧氧化工艺中的电流密度、氧化时间、脉冲频率、占空　比有直接关系嘲。可知稀土Ｅｒ的加入对膜厚无明显影响。　表２试样陶瓷膜维氏硬度值　

表３试样陶瓷膜厚度值　未添加Ｅｒ试样　１　２　３　４　５　屋厘麈　：墼　：　：　：垄　２　：　含Ｑ３５％　试样　１　２　３　４　５　膜层厚射ｍ　３１．０７　２３．３７　２１．０２　２６．８３　２５．６２　

４．３微弧氧化表面陶瓷膜耐腐蚀性对比　

膜层的耐腐蚀性是评价膜层性能一个十分重要的指标，　测量膜层耐腐蚀ｌ生有许多方法，目前较为广泛的一种方法是　电化学法。分别测量膜层在腐蚀介质中过高电位区的阴阳极　极化曲线，将曲线外推后两曲线交点分别对应腐蚀电位（玩　）　以及用于表示腐蚀速度的电流密度（Ｊ　）阴。本文试验中试样　极化曲线如图３所示。其中腐蚀电位（Ｅ　）越正，表明试样稳　定性越高；电流密度（　）越小，表明试样耐腐蚀性越好。其主　要机理是稀土Ｅｒ的加入使膜层晶粒间构成腐蚀电池的几率　大大降低，从而使耐腐蚀睦能提升。图３是试样陶瓷膜极化曲　线。表４是极化曲线ＦＧＳＴＡＴ３２０Ｎ电化学工作站对试样进行　检测后的反馈信息，根据反馈信息得知添加Ｅｒ前后陶瓷膜腐　蚀速率不在同一数量级，且添加Ｅｒ后试样腐蚀电压更正，表　明试样更稳定，同时不添加Ｅｒ试样腐蚀电流约为添加Ｅｒ后　试样的７倍，含Ｅｒ　Ｏ．３５％的试样耐腐蚀性更好。　４．４微弧氧化表面陶瓷膜结合强度对比　膜层与基体间的结合强度是评定膜层性能的一项重要指　标，测定方法一般为定量和定性两种，在定量分析中通常利用　

制造工程设计Ｉ　Ｍａｎｕｆ￣ｔｕ，ｒｅＤ　ｗｅ咖　ｓ　ｎｌ　

－１０　－９　—８　－７　—６　－５　—４　．３　－２　ｌｇＪｃ。　／（Ａ・ｃｍ－２）　

图３试样表面陶瓷膜极化曲线　

表４极化曲线数据处理结果　

划痕法测定膜层与基体间结合　Ｊ。划痕试验加载速度５０Ｎ／ｍ，　终止载荷５０Ｎ，划痕长度５ｍｍ。根据Ｘｐｒｅｓｓ型划痕测试仪反　馈信息，由声信号强度判断出表面氧化膜划破瞬间载荷，载荷　越大，表明膜层与基体间结合力越大。２组试样划痕试验临界　载荷数据见表５，求取平均值得出未添加Ｅｒ的铝合金试样平　均临界载荷为１６．８６Ｎ，添加Ｏ．３５％Ｅｒ的７０７５铝合金试样平均　临界载荷为２５．６Ｎ。由数据可知，添加０．３５％稀土Ｅｒ元素后陶　瓷层与基体结合力更强。　表５划痕试验临界载荷　未添加Ｅｒ试样　１　２　３　４　５　临界载荷／Ｎ　１６．４　１８．７　１５．２　１７．４　１６．６　

含０．３５％Ｅｒ试样　１　２　３　４　５　临界载荷　２３．７　２８．６　２４．３　２５．１　２６＿３　

５结果分析　通过对２组试样各项测试试验对比可以看出，稀土Ｅｒ的　添加对于７０７５铝合金微弧氧化陶瓷膜性能有明显提升。据相　关文献Ｉ９］表明，铝合金凝固过程中，Ｅｒ元素在固液界面前沿富　集，引起溶质再分配，增加成分过冷，加剧枝晶生长，同时由于　Ｅｒ与Ａｌ结合生成的ＡＩ３Ｅｒ相的存在产生大量非均质形核，进　一步达到细化晶粒的作用。因此，加入Ｅｒ后的铝合金基体表　面致密度更高，其基体硬度更大，导致添加Ｅｒ的铝合金试样　微弧氧化陶瓷膜致密度更高，粗糙度更低，孔隙度减少，同时　表面陶瓷膜硬度增加。Ｅｒ的添加使得铝合金微弧氧化陶瓷膜　

１１５　Ｉ工程建设与设计　ｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆ＤｅｓｉｇａＦｏｒＰｒｏｊｅａ　

电流密度（　）下降，耐腐蚀性更强。由于陶瓷膜致密度的增　加，使得膜层与基体间结合力增强，陶瓷膜层各项性能更加优　异。　６结论　１）添加Ｅｒ后的７０７５铝合金微弧氧化陶瓷膜层粗糙度减　小，孔隙度减少，膜层更加致密。　２）加入Ｅｒ后铝合金微弧氧化陶瓷膜硬度增加，但厚度无　太大影响，同时由于致密度升高，陶瓷膜层与基体间结合力随　之增强。　３）由于Ｅｒ的添加使陶瓷膜层晶粒间构成腐蚀电池的几　率下降，使得陶瓷膜电流密度（　）下降，耐腐蚀陛增强。　４）采用加入Ｅｒ的铝合金微弧氧化技术在其表面生成一层　质量较好的保护层将有利于拓展其应用领域和延长其使用寿　命。　【参考文献】　【１】李克杰，李全安．铝合金微弧氧化技术研究及应用进展【Ｊ］．稀有金属　材料与工程，２００７，３６（增３）：１９９—２０３．　

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【２】慕伟意，李争显，杜继红，李少龙．铝合金微弧氧化陶瓷涂层研究进展　【Ｊ］．表面技术，２０１３，４２（４）：９４—９９．　【３】刘兵，彭超群，王日初，王小锋，李婷婷．大飞机用铝合金的研究现状　及展望［Ｊ】．中国有色金属学报，２０１０，２０（９）：１７０５—１７１５．　【４】王莉梅．稀土元素对某些铝合金组织和性能的影响［Ｊ］．轻合金加工　技术，１９９１，２２（９）：３７．　【５】赵俊，刘志勇，刘秋平，朱心冰，王明星，刘忠侠．稀土Ｅｒ及回归热处理　对７０７５铝合金组织和性能的影响［．『】．特种铸造及有色合金，２０１４，３４　（６）：６６６—６６９．　【６】陈妍君，冯长杰，邵志松，王春霞，周雅．铝合金微弧氧化技术的研究　进展［Ｊ】．材料导报：综述篇，２０１０，２４（５）：１３２．１３６．　【７】覃奇贤，刘淑兰．电极的极化和极化曲线（ＩＩ）［Ｊ】．电镀与精饰，２００８，３０　（７）：２９—３４．　【８】苏修梁，张欣宇．表面涂层与基体间的界面结合强度及其测定［Ｊ】．电　镀与环保，２００４，２４（２）：６—１　１．　【９】阮海琼，金头男扬军军徐国富，聂祚仁．含稀土Ｅｒ的ＡＩ—Ｚｎ－Ｍｇ合　金的组织与ｌ生能［Ｊ］．北京工业大学学报，２００４，３０（４）：４８３—４８７．　【收稿日期］２０１５．０７．１６