·1154. 工程科学学报，第41卷，第9期 面均用环氧树脂和固化剂密封后进行微弧氧化，微 溶液，pH值维持在6.5左右，每隔2d更换1次介 弧氧化实验采用恒流模式，电流密度采用5A· 质，浸泡时间为192h,浸泡完成后，冲洗表面的腐蚀 dm-2,氧化时间为30min,电解液为(Na2Si0312g· 产物，然后放入真空干燥箱进行烘干，烘干后测量分 L-1、K0H5gL-1、NaF0.5gL-l、Si023gL-1、Ti02 析涂层的形貌、电化学阻抗等.动电位极化测试和 9g·L-1)的水溶液，其中Si02粒径范围为7~40nm, 交流阻抗均采用CS350电化学工作站，测试介质是 Ti0,粒径范围为30~50nm,控制电解液温度在30 质量分数3.5%的NaCl溶液，测试面积为1cm2,工 ℃以下，实验完成后得到熔覆涂层(LC)和复合膜层 作电极为试样，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极 (LC+MAO).将得到的熔覆涂层抛光打磨平整，复 为铂电极，测试前先在3.5%NaCl溶液中浸泡30 合膜层截面逐级打磨抛光. min左右直到开路电位稳定，测试温度保持在25±1 1.3测试与表征 ℃.扫描速率1mV·s1,测试结束后进行Tafel拟 用JSM-6510扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪 合.电化学交流阻抗谱(EIS)频率在10-2~10Hz (EDS)观察熔覆涂层、复合膜层的高倍组织与成分. 范围内测试，每次测试重复3~5次 采用X射线衍射仪(XRD)对涂层表面物相进行分 2结果与分析 析.用HMV-1T数字显微硬度计测量复合涂层的 显微硬度，其中加载载荷为200g,加载时间为15s, 2.1复合涂层结构 在截面上涂层表面往基体方向每隔50μm打一个 图1为复合膜层的截面形貌，如图1(a)所示， 点，同一深度水平上测量3次取平均值.腐蚀磨损 复合膜层截面可以看到明显的3个区域，依次为基 试验采用CFT-1型材料表面性能综合测试仪，磨损 体、熔覆层、微弧氧化陶瓷层，其中基体区域出现了 介质为质量分数3.5%NaCl溶液，涂层对磨材料为 轻微的氧化，熔覆层区域较为平整，有3条明显的裂 SiC陶瓷球，加载载荷为200g,电机转速为500r· 纹，微弧氧化涂层厚度在24μm左右.通常制备的 min1,采用往复滑动模式，磨痕半径为3mm,运行 微弧氧化陶瓷膜层分为内致密层外疏松层的双层结 时间为30min,同时用电化学工作站测量磨蚀过程 构)，如图1(b)所示，陶瓷层与基体之间呈现锯齿 中腐蚀电位与电流的变化，测量完成后采用BT25S 状冶金结合，界面良好，所制备的膜层可以看到明显 电子分析天平称量腐蚀磨损失重，磨损完后对磨损 的双层结构，陶瓷层的外疏松层厚度为16m,微孔 试样进行形貌观察分析.浸泡腐蚀实验设备为腐蚀 数量较少，但孔径较大，内致密层厚度为8m左右， 试验机KD-60E,浸泡介质为质量分数3.5%NaCl 微孔孔径急剧减小 a MAO 基体 熔覆层 61n 裂致 15kU X56506m PC-SEM 图1复合涂层截面形貌(a)与微弧氧化层形貌(b) Fig.I Cross-sectional morphologies of the composite coating (a)and MAO layer (b) 图2为熔覆涂层与复合膜层表面的X射线衍 外，其余是A的化合物，包括AL,0、AIF,物相，这些 射图谱.可以看到熔覆涂层以增强相TC和连续相 物相说明电解液中的F-离子与溶液中的O,和A1 为主要物相，包括AlFe,相、AlNi,相、AL,O,相和AlF- 在高压放电的情况下发生了化学反应：另外涂层中 eNi相，如图2(a)所示.复合膜层除了基体Al物相 还存在Si02、TiO,和A山2Ti,0s相，Si0,和Ti02相的出工程科学学报,第 41 卷,第 9 期 面均用环氧树脂和固化剂密封后进行微弧氧化,微 弧氧化实验采用恒流模式, 电流密度采用 5 A· dm - 2 ,氧化时间为 30 min,电解液为(Na2 SiO3 12 g· L - 1 、KOH 5 g·L - 1 、NaF 0郾 5 g·L - 1 、SiO2 3 g·L - 1 、TiO2 9 g·L - 1 )的水溶液,其中 SiO2粒径范围为 7 ~ 40 nm, TiO2粒径范围为 30 ~ 50 nm,控制电解液温度在 30 益以下,实验完成后得到熔覆涂层(LC)和复合膜层 (LC + MAO). 将得到的熔覆涂层抛光打磨平整,复 合膜层截面逐级打磨抛光. 1郾 3 测试与表征 用 JSM鄄鄄6510 扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪 (EDS)观察熔覆涂层、复合膜层的高倍组织与成分. 采用 X 射线衍射仪(XRD)对涂层表面物相进行分 析. 用 HMV鄄鄄1T 数字显微硬度计测量复合涂层的 显微硬度,其中加载载荷为 200 g,加载时间为 15 s, 在截面上涂层表面往基体方向每隔 50 滋m 打一个 点,同一深度水平上测量 3 次取平均值. 腐蚀磨损 试验采用 CFT鄄鄄1 型材料表面性能综合测试仪,磨损 介质为质量分数 3郾 5% NaCl 溶液,涂层对磨材料为 SiC 陶瓷球,加载载荷为 200 g,电机转速为 500 r· min - 1 ,采用往复滑动模式,磨痕半径为 3 mm,运行 时间为 30 min,同时用电化学工作站测量磨蚀过程 中腐蚀电位与电流的变化,测量完成后采用 BT25S 电子分析天平称量腐蚀磨损失重,磨损完后对磨损 试样进行形貌观察分析. 浸泡腐蚀实验设备为腐蚀 试验机 KD鄄鄄60E,浸泡介质为质量分数 3郾 5% NaCl 溶液,pH 值维持在 6郾 5 左右,每隔 2 d 更换 1 次介 质,浸泡时间为 192 h,浸泡完成后,冲洗表面的腐蚀 产物,然后放入真空干燥箱进行烘干,烘干后测量分 析涂层的形貌、电化学阻抗等. 动电位极化测试和 交流阻抗均采用 CS350 电化学工作站,测试介质是 质量分数 3郾 5% 的 NaCl 溶液,测试面积为 1 cm 2 ,工 作电极为试样,参比电极为饱和甘汞电极,辅助电极 为铂电极,测试前先在 3郾 5% NaCl 溶液中浸泡 30 min 左右直到开路电位稳定,测试温度保持在 25 依 1 益 . 扫描速率 1 mV·s - 1 ,测试结束后进行 Tafel 拟 合. 电化学交流阻抗谱(EIS)频率在 10 - 2 ~ 10 5 Hz 范围内测试,每次测试重复 3 ~ 5 次. 2 结果与分析 2郾 1 复合涂层结构 图 1 为复合膜层的截面形貌,如图 1( a)所示, 复合膜层截面可以看到明显的 3 个区域,依次为基 体、熔覆层、微弧氧化陶瓷层,其中基体区域出现了 轻微的氧化,熔覆层区域较为平整,有 3 条明显的裂 纹,微弧氧化涂层厚度在 24 滋m 左右. 通常制备的 微弧氧化陶瓷膜层分为内致密层外疏松层的双层结 构[13] ,如图 1(b)所示,陶瓷层与基体之间呈现锯齿 状冶金结合,界面良好,所制备的膜层可以看到明显 的双层结构,陶瓷层的外疏松层厚度为 16 滋m,微孔 数量较少,但孔径较大,内致密层厚度为 8 滋m 左右, 微孔孔径急剧减小. 图 1 复合涂层截面形貌(a)与微弧氧化层形貌(b) Fig. 1 Cross鄄sectional morphologies of the composite coating (a) and MAO layer (b) 图 2 为熔覆涂层与复合膜层表面的 X 射线衍 射图谱. 可以看到熔覆涂层以增强相 TiC 和连续相 为主要物相,包括 AlFe3相、AlNi 3相、Al 2O3相和 AlF鄄 eNi 相,如图 2(a)所示. 复合膜层除了基体 Al 物相 外,其余是 Al 的化合物,包括 Al 2O3 、AlF3物相,这些 物相说明电解液中的 F - 离子与溶液中的 O2 和 Al 在高压放电的情况下发生了化学反应;另外涂层中 还存在 SiO2 、TiO2和 Al 2Ti 7O15相,SiO2和 TiO2相的出 ·1154·