D0I:10.13374/i.issn1001053x.2003.06.013 第25卷第6期 北京科技大学学报 Vol.25 No.6 2003年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2003 铝合金微弧氧化陶瓷层的耐磨性 李金富”方克明》熊仁章习王永康) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)中国兵器工业部第五二研究所宁波分所，宁波315040 摘要应用微弧氧化这一高新表面改性技术在LY12铝合金表面形成陶瓷膜层，并对其在 常温下的耐磨性能进行了对比测试与分析，实验结果表明，微弧氧化陶瓷膜层的表面磨损外 观比较均匀，磨损痕迹也比较轻微，其表面硬度达到2500HV,是基体的10倍以上.由此可见， 微弧氧化技术大大改善了铝合金表面耐磨特性和硬度， 关键词微孤氧化：陶瓷层：耐磨：铝合金 分类号TG174.45 微弧氧化，又称“火花放电沉积或微等离子 铝合金进行制样，加工成24mm,厚8mm的样 体氧化"，是将Al,Ti,Mg,Zr等金属或合金置于 品.电解液的pH值8~9，溶液中加入一定的硅酸 电解质水溶液中，在强电场（电压高于300V)的 钠便于形膜.微弧氧化工艺参数：电解液pH值 作用下阳极表面出现微区弧光放电现象，微弧区 8~10,电解液温度为常温，电压300-700V,电流 的瞬间高温烧结作用在金属或合金的表面直接 密度8~10A/dm2,加工时间3.5h.氧化膜陶瓷层的 生成氧化物陶瓷相的一项金属表面处理技术， 厚度90-100m. 微弧氧化技术是阳极氧化技术的多样化、 双阶段阳极氧化、脉冲阳极氧化等发展和应用的 2摩擦磨损实验条件 产物，.它突破了传统的法拉第区域进行阳极氧 (1)样品材料.基材为LY12,涂层包括两层： 化的框架，将阳极氧化的电压由儿十伏提高到几 表面层为疏松层，主要由α-AlO组成：内层为致 百伏，由小电流发展到大电流，由直流发展到交 密层，主要由a一AlO和Y-AlO组成. 流，导致样品表面出现电景、辉光、微弧放电、火 (2)实验方法.实验在SRV摩擦磨损实验机上 花斑等现象，从而能对氧化层进行微等离子体的 进行，采用球一盘摩擦副接触方式.实验采用两 高温高压处理，使非晶结构的氧化层发生相和结 种试球：45Cr钢球和陶瓷球，10mm.轮廓仪测量 构上的变化，在铝合金表面由微弧氧化技术生成 磨损效果， 的氧化层由a-AlO,Y一A,O,相组成，其结构与烧 (3)实验条件.如表1所示.1#样品采用45Cr 结的陶瓷相似.经过处理的铝合金表面生成一层 钢球对磨，维氏显微硬度在700HV左右；2#样品 致密的氧化铝陶瓷膜，厚度可达150-400m,显 采用陶瓷球对磨，维氏硬度在2000HV以上， 傲硬度超过3000HV,绝缘电阻大于100M2,与 基体结合力强，极大地改善了铝合金的耐磨损、 表1摩擦磨损实验条件 耐腐蚀、抗热冲击及绝缘性能等，在航空航天、军 Table 1 Experimental conditions for friction and wear 工、机械、电子、装饰等领域应用前景广泛， 样品温度频率Hz振幅/mm负荷N时间min 1# 常温20 1.20 20 4 1样品制备 2# 常温 20 1.20 20 为使基材样品有一定的代表性，选用LY12 3结果及讨论 收稿日期2002-1105 李金富男，25岁，硕士研究生 图1和图2示出了LY12合金表面微弧氧化第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 铝合金微弧氧化陶瓷层 的耐磨性 李金 富 ” 方 克 明 ‘， 熊仁章 ， 王 永康 ， 北京 科 技大学冶 金 与 生 态 工 程 学 院 ， 北京 中 国兵 器工 业 部 第 五 二 研 究所 宁波 分所 ， 宁波 摘 要 应 用 微弧氧 化 这 一 高 新表 面 改性技术 在 铝 合 金表 面 形 成 陶 瓷膜层 ， 并对其在 常温 下 的 耐 磨 性 能进行 了对 比测 试 与 分 析 实验 结 果 表 明 ， 微 弧 氧 化 陶 瓷 膜层 的表 面 磨 损 外 观 比较 均匀 ， 磨损 痕 迹也 比较 轻 微 ， 其 表面硬 度 达 到 ， 是 基 体 的 倍 以上 由此 可 见 ， 微弧氧 化 技术 大 大改善 了铝 合 金 表 面 耐 磨特 性 和 硬 度 关键 词 微 弧 氧化 陶 瓷层 耐磨 铝 合金 分 类 号 微 弧 氧 化 ， 又 称 “ 火 花 放 电沉 积 或 微 等 离 子 体氧 化 ” ，，〕 ， 是 将 ， ， ， 等 金 属 或 合 金 置 于 电解 质 水溶 液 中 ， 在 强 电场 电压 高 于 的 作用 下 阳极 表 面 出现 微 区弧 光 放 电现 象 ， 微 弧 区 的 瞬 间 高温 烧 结 作 用 在 金 属 或 合 金 的表 面 直 接 生 成 氧 化 物 陶 瓷 相 的 一 项 金 属 表 面 处 理 技 术 微 弧 氧 化 技 术 是 阳 极 氧 化 技 术 的 多样 化 、 双 阶段 阳极 氧 化 、 脉 冲 阳 极 氧 化 等 发展 和 应 用 的 产 物 ‘ 】 它 突破 了传 统 的法 拉 第 区 域 进 行 阳 极 氧 化 的框 架 ， 将 阳极氧 化 的 电压 由几 十伏 提 高 到几 百伏 ， 由小 电流 发 展 到 大 电流 ， 由直 流 发 展 到 交 流 ， 导致样 品表 面 出现 电晕 、 辉 光 、 微 弧 放 电 、 火 花 斑 等 现 象 ， 从 而 能对 氧 化层 进 行 微 等 离 子 体 的 高温 高压 处 理 ， 使 非 晶结 构 的氧化 层 发 生 相 和 结 构 上 的变 化 在 铝 合 金表 面 由微 弧氧 化 技 术 生 成 的氧 化 层 由 一 ， 一 相 组成 ， 其 结 构 与烧 结 的陶 瓷相 似 经 过 处 理 的铝 合 金表 面 生成 一 层 致 密 的氧 化 铝 陶 瓷 膜 ， 厚 度 可 达 巧 一 脚 ， 显 微 硬 度 超 过 ， 绝 缘 电阻 大 于 ， 与 基 体 结 合 力 强 ， 极 大 地 改 善 了铝 合 金 的 耐 磨 损 、 耐腐 蚀 、 抗 热 冲 击 及 绝 缘 性 能等 ， 在 航 空 航 天 、 军 工 、 机 械 、 电子 、 装 饰 等领 域 应 用 前 景 广 泛 ，， 铝 合 金 进 行 制 样 ， 加 工 成 中 ， 厚 的样 品 电解 液 的 值 一 ， 溶 液 中加 入 一 定 的硅 酸 钠 便 于 形 膜 微 弧 氧 化 工 艺 参数 电解 液 值 一 ， 电解 液温 度 为 常温 ， 电压 一 ， 电流 密度 一 刀 ， 加 工 时 间 氧 化膜 陶 瓷层 的 厚 度 一 脚 · 样 品 制 备 为 使基 材 样 品有 一 定 的代 表 性 ， 选 用 摩 擦 磨 损 实验 条件 样 品材 料 基 材 为 万 ， 涂 层 包 括 两 层 表 面层 为疏 松 层 ， 主 要 由 一 组 成 内层 为致 密 层 ， 主 要 由 一 。 和 一 ， 组 成 实验 方 法 实验 在 摩 擦 磨 损 实验 机 上 进 行 ， 采 用 球 一 盘 摩 擦 副 接 触 方 式 实验 采 用 两 种 试 球 钢 球 和 陶 瓷球 ， 中 ， 轮 廓 仪测 量 磨损 效果 实验 条件 如 表 所 示 样 品采 用 钢 球 对 磨 ， 维 氏 显 微 硬 度 在 左 右 样 品 采 用 陶 瓷 球 对 磨 ， 维 氏 硬 度 在 以上 表 摩擦 磨 损 实验 条 件 加 样 品 温度 频 率们 振幅 负荷入 时 间 常温 常温 结 果 及 讨 论 收稿 日期 一 刁 李金 富 男 ， 岁 ， 硕 士 研 究生 图 和 图 示 出 了 合 金 表 面微 弧氧 化 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2003．06．013