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微弧氧化在船用柴油机铝合金活塞上的应用

作　者: 彭俊杰
导　师: 朱新河
学　校: 大连海事大学
专　业: 轮机工程
关键词: 微弧氧化技术铝合金活塞正交试验
分类号: U664.121
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 118次
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内容摘要

铝合金活塞是内燃机中的重要部件,其工作条件极为复杂恶劣。微弧氧化技术可以在铝、镁、钛及其合金表面原位生长一层硬度高、耐磨、耐腐蚀和抗热冲击性能好的陶瓷膜层。本文利用微弧氧化技术在内燃机铝合金活塞表面原位生长一层致密的陶瓷层,大大提高了铝合金活塞的性能和使用寿命。本试验采用纯方波窄脉冲直流电源,降低了微弧氧化的能耗。采用正交试验设计的方法,得到了最佳的电解液配方：Na2SiO3：8g／L：KOH：2～3g／L；Na2WO4：2g／L；H2O2：2ml／L；EDTA2Na：2g／L。因为本试验采用的电源易于实现恒压控制,所以本试验将电压也作为正交试验的一个因素,电压的优化结果为500～550V。在电解液配方和电压大小优化好的基础上对电源频率、占空比和微弧氧化时间进行了优化,优化结果是频率为600Hz,占空比为1／20,微弧氧化时间为50min。在优化好的电解液和电参数条件下得到了质地均匀致密,厚度在20μm以上的陶瓷膜层,微弧氧化电流密度保持在1A／dm2左右。在优化好的电解液配方和电参数条件下,本试验在电解液中分别加入了二硫化钼微纳米颗粒和刚玉微纳米颗粒,得到了性能更为优越的微弧氧化膜层。最后对微弧氧化膜层的性能进行了测试,其中包括微弧氧化膜层的绝热性能、抗热冲击性能和耐磨损性能。绝热性测试结果表明经微弧氧化处理的活塞试样在相同热源的条件下另一侧的温度要比未处理的活塞试样低84℃。经过十次600℃到10℃的热冲击试验,微弧氧化膜层没有出现任何裂纹和脱落的现象。在摩擦磨损试验中分别对四种不同方法处理的试样进行耐磨性能检测。试验结果表明经过微弧氧化处理的试样无论是在干摩擦还是油润滑的条件下试样与对摩材料的摩擦系数、试样的磨损失重等都要远优于未经处理的铝合金活塞试样。而电解液中加入二硫化钼微纳米颗粒和刚玉微纳米颗粒后得到的改性膜层试样的耐磨损性能得到了进一步的提高,表现出极为优越的耐磨损性能。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 选题的意义  10
  1.2 活塞表面常用的防护方法  10-12
    1.2.1 阳极氧化技术  10-11
    1.2.2 电镀铬  11-12
    1.2.3 表面喷涂  12
  1.3 微弧氧化技术的发展历史  12-13
  1.4 微弧氧化现象及机理  13-16
    1.4.1 微弧氧化的现象  13-14
    1.4.2 微弧氧化机理  14-16
  1.5 本文主要研究内容及技术路线  16-18
第2章微弧氧化试验设备及试验方案  18-28
  2.1 微弧氧化设备及仪器介绍  18-22
    2.1.1 微弧氧化试验装置  18-19
    2.1.2 脉冲电源  19
    2.1.3 电能表  19-20
    2.1.4 厚度检测  20
    2.1.5 硬度检测  20
    2.1.6 粗糙度的测定  20-21
    2.1.7 KT-1颗粒计数器  21-22
    2.1.8 行星式球磨机  22
  2.2 试样材料选取及试验前试样的表面处理  22-23
    2.2.1 试样材料的选取  22-23
    2.2.2 试验前试样的表面处理  23
  2.3 微弧氧化电解液组份选取  23-25
    2.3.1 主成膜剂的选择  23-24
    2.3.2 电解液PH值调节组份  24
    2.3.3 电解液性能改善成份  24-25
  2.4 微弧氧化试验正交设计  25-28
第3章微弧氧化电解液及电参数的优化分析  28-60
  3.1 微弧氧化电解液的优化  28-39
    3.1.1 电解液组份对成膜厚度的影响  28-30
    3.1.2 电解液组份对成膜硬度的影响  30-32
    3.1.3 电解液组份对膜层粗糙度的影响  32-34
    3.1.4 电解液组份对能耗的影响  34-36
    3.1.5 微弧氧化电解液的优化结果  36-39
    小结  39
  3.2 频率的优化  39-45
    3.2.1 膜层厚度与频率的关系  40-41
    3.2.2 单位能耗与频率的关系  41-42
    3.2.3 膜层粗糙度与频率的关系  42-43
    3.2.4 膜层硬度与频率的关系  43-44
    小结  44-45
  3.3 占空比的优化  45-50
    3.3.1 占空比对膜层厚度的影响  45-46
    3.3.2 占空比对膜层粗糙度的影响  46-47
    3.3.3 占空比对单位能耗的影响  47-48
    3.3.4 占空比对膜层硬度的影响  48-49
    小结  49-50
  3.4 微弧氧化时间的优化  50-58
    3.4.1 微弧氧化时间对膜层厚度的影响  50-52
    3.4.2 微弧氧化时间对膜层粗糙度的影响  52-53
    3.4.3 能耗与微弧氧化时间的关系  53-55
    3.4.4 膜层增重与微弧氧化时间的关系  55-58
    小结  58
  本章小结  58-60
第4章电解液中添加M_oS_2微纳米颗粒和刚玉微纳米颗粒后对成膜的影响  60-68
  4.1 电解液中添加二硫化钼微纳米颗粒对成膜的影响  60-63
    4.1.1 二硫化钼微纳米颗粒的制备及检测  60-61
    4.1.2 电解液中加入二硫化钼微纳米颗粒后对成膜效果的影响  61-63
  4.2 电解液中加入刚玉微纳米颗粒后对成膜的影响  63-67
    4.2.1 刚玉微纳米颗粒的制备与检测  63-64
    4.2.2 电解液中加入刚玉微纳米颗粒后对能耗和成膜效果的影响  64-67
  本章小结  67-68
第5章微弧氧化膜层性能测试  68-84
  5.1 微弧氧化膜层绝热性能测试  68-70
  5.2 微弧氧化膜层抗热冲击性能检测  70-72
  5.3 微弧氧化膜层的耐磨性能检测  72-83
    5.3.1 摩擦磨损试验设备介绍  72-73
    5.3.2 实验材料及方法  73-74
    5.3.3 摩擦磨损试验结果及分析  74-83
  本章小结  83-84
结论及展望  84-86
参考文献  86-90
致谢  90-91

微弧氧化在船用柴油机铝合金活塞上的应用

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