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不同电源模式下电参数对AZ91D镁合金微弧氧化膜微观结构和耐蚀性能的影响

作　者: 詹华
导　师: 郝远；马颖
学　校: 兰州理工大学
专　业: 材料学
关键词: 镁合金微弧氧化电源模式电参数能量膜层厚度膜层微观结构耐蚀性孔径孔隙率
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

微弧氧化技术作为一种极具发展前途的表面处理技术,所形成的膜层具有硬度高、绝缘性和耐蚀性好、与基体结合力强等优点,但该技术也受到溶液体系、电参数条件、处理温度等因素的影响,脉冲电源的电参数是主要的影响因素之一本文利用自行研制的新型微弧氧化电源设备,在两种不同的电源模式下,制备了不同火花形态和不同电参数的镁合金微弧氧化膜层,并对膜层的厚度、耐蚀性以及微观结构进行检测。通过对实验结果的比较和分析,探讨了火花形态以及电压、频率和占空比等电参数条件对微弧氧化膜层微观结构和耐蚀性的影响,同时对微弧氧化膜层表面孔隙率和表面孔径进行了定量评估,并且通过计算得到两种电源模式下输入能量的差异。得出以下结论：两种电源模式下,随着三种火花形态下氧化时间的延长,微弧氧化膜层厚度、表面孔隙率和耐蚀性均呈增大趋势；厚度和耐蚀性随恒定电压的升高而增大,随频率和占空比的增大先增加后减小(小弧),在频率为800Hz和占空比15%时,所得膜层的表面孔隙率均较小,分别为6.42%、6.83%(M1电源模式)和7.71%和7.11%(M2电源模式),且膜层耐蚀性均较好。在相同的氧化时间内,大大弧的膜层厚度最厚,耐蚀性最好,大弧次之,小弧最差；当膜层厚度相同时,大大弧的耐蚀性最好。所有工艺条件下,膜层表面孔径小于3gm的孔数百分比都大于63%。在微弧氧化电参数中,电压对膜层微观结构及耐蚀性的影响起主导作用,频率和占空比影响较小两种电源模式的两种加载方式下：膜层耐蚀性相差很大,恒压375V的耐蚀性均比小弧的好50s以上。此外,微弧氧化过程中输入的总能量的计算公式为：E=(?)UiIiti,其中：n为将微弧氧化总时间分成n段；ti为第i段中进行微弧氧化的时间；D为占空比；Ui为ti时间段内微弧氧化电压值；Ii为ti时间段内微弧氧化电流值。在两种电源模式下,输入的总能量均随着电压、占空比和氧化时间的增大而增大。微弧氧化膜层厚度不仅与终止电压有关,还与加载方式有关,即与微弧氧化过程输入的总能量有关,且输入的总能量对厚度起着决定性的作用,得到相同厚度的膜层采用M1电源模式更节能。

全文目录

目录  5-8
摘要  8-9
Abstract  9-11
插图索引  11-13
附表索引  13-14
第一章绪论  14-23
  1.1 引言  14
  1.2 微弧氧化技术概述  14-16
    1.2.1 微弧氧化技术的基本原理  14-15
    1.2.2 微弧氧化技术的特点与应用  15-16
    1.2.3 微弧氧化技术存在的问题  16
  1.3 电参数对微弧氧化膜层性能的影响  16-21
    1.3.1 电压及电流密度对微弧氧化膜性能的影响  16-19
    1.3.2 频率对微弧氧化膜性能的影响  19-20
    1.3.3 占空比对微弧氧化膜性能的影响  20-21
  1.4 选题的目的、研究内容和课题的创新点  21-23
第2章实验方法  23-28
  2.1 实验材料、微弧氧化实验设备及试样制备  23-27
    2.1.1 实验材料  23
    2.1.2 微弧氧化实验设备  23-25
    2.1.3 试样的制备  25-26
    2.1.4 实验的技术路线  26-27
  2.2 微弧氧化膜层性能检测设备及方法  27-28
    2.2.1 微弧氧化陶瓷膜膜厚的检测  27
    2.2.2 微弧氧化陶瓷膜表面孔隙率、表面孔径的测试  27
    2.2.3 微弧氧化陶瓷膜层的形貌观察  27
    2.2.4 微弧氧化陶瓷膜的耐蚀性检测  27-28
第3章基于三种火花形态研究微弧氧化膜层的微观结构和耐蚀性  28-45
  3.1 实验方案设计  28
  3.2 小弧对微弧氧化膜层微观结构和耐蚀性的影响  28-33
    3.2.1 小弧时电压和电流随氧化时间的变化规律  28-30
    3.2.2 小弧对微弧氧化膜层厚度和耐蚀性的影响  30
    3.2.3 小弧对微弧氧化膜层表面形貌的影响  30-32
    3.2.4 小弧对微弧氧化膜层表面孔隙率和表面孔径的影响  32-33
  3.3 大弧对微弧氧化膜层微观结构和耐蚀性的影响  33-38
    3.3.1 大弧时电压和电流随氧化时间的变化规律  33-34
    3.3.2 大弧对微弧氧化膜层厚度和耐蚀性的影响  34-35
    3.3.3 大弧对微弧氧化膜层表面形貌的影响  35-37
    3.3.4 大弧对微弧氧化膜层表面孔隙率和表面孔径的影响  37-38
  3.4 大大弧对微弧氧化膜层微观结构和耐蚀性的影响  38-42
    3.4.1 大大弧时电压和电流随氧化时间的变化规律  38-39
    3.4.2 大大弧对微弧氧化膜层厚度和耐蚀性的影响  39-40
    3.4.3 大大弧对微弧氧化膜层表面形貌的影响  40-41
    3.4.4 大大弧对微弧氧化膜层表面孔隙率和表面孔径的影响  41-42
  3.5 本章小结  42-45
第4章基于电参数研究微弧氧化膜层的微观结构和耐蚀性  45-72
  4.1 实验方案设计  45-46
  4.2 电压对微弧氧化膜层微观结构和耐蚀性的影响  46-50
    4.2.1 恒压时电流随氧化时间的变化规律  46-47
    4.2.2 电压对微弧氧化膜层厚度和耐蚀性的影响  47-48
    4.2.3 电压对微弧氧化膜层表面形貌的影响  48-49
    4.2.4 电压对微弧氧化膜层表面孔隙率和表面孔径的影响  49-50
  4.3 频率对微弧氧化膜层微观结构及耐蚀性的影响  50-55
    4.3.1 改变频率时电压和电流随氧化时间的变化规律  50-51
    4.3.2 频率对微弧氧化膜层厚度和耐蚀性的影响  51-52
    4.3.3 频率对微弧氧化膜层表面形貌的影响  52-54
    4.3.4 频率对微弧氧化表面孔隙率和表面孔径的影响  54-55
  4.4 占空比对微弧氧化膜层结构及耐蚀性的影响  55-60
    4.4.1 改变占空比时电压和电流随氧化时间的变化规律  55-56
    4.4.2 占空比对微弧氧化膜层厚度和耐蚀性的影响  56
    4.4.3 占空比对微弧氧化膜层表面形貌的影响  56-58
    4.4.4 占空比对微弧氧化表面孔隙率和表面孔径的影响  58-60
  4.5 恒压时频率和占空比变化对微弧氧化膜层性能的影响  60-66
    4.5.1 恒压时频率和占空比变化对膜层生长的影响  60-62
    4.5.2 恒压时频率和占空比变化对膜层孔隙率和孔径的影响  62-64
    4.5.3 比较不同测试方法测得的膜层厚度  64-66
  4.6 不同加载方式时频率和占空比变化对膜层性能的影响  66-70
    4.6.1 频率变化对膜层性能的影响  66-68
      4.6.1.1 电压和电流随氧化时间的变化规律  66-67
      4.6.1.2 频率变化对膜层厚度和耐蚀性的影响  67-68
    4.6.2 占空比变化对膜层性能的影响  68-70
      4.6.2.1 电压和电流随氧化时间的变化规律  68-69
      4.6.2.2 占空比变化对膜层厚度和耐蚀性的影响  69-70
  4.7 本章小结  70-72
第5章微弧氧化过程输入总能量对膜层的影响  72-81
  5.1 实验方案的设计  72
  5.2 微弧氧化过程中输入总能量的计算  72-80
    5.2.1 输入总能量的计算公式推导  72-74
    5.2.2 输入总能量与膜层厚度和耐蚀性之间的关系  74-78
      5.2.2.1 恒压时输入总能量对膜层的影响  74
      5.2.2.2 不同加载方式时输入总能量对膜层的影响  74-76
      5.2.2.3 火花形态不同时输入总能量对膜层的影响  76-78
    5.2.3 各工艺条件膜厚对应的所需能量  78-80
  5.4 本章小结  80-81
结论  81-83
参考文献  83-87
致谢  87-88
附录攻读学位期间所发表的学术论文目录  88

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