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目前铝合金活塞在内燃机行业得到了广泛的应用。随着内燃机逐渐采用天然气等新型燃料,燃烧室的温度逐步提升,对活塞也提出了更高的要求,铝合金活塞在高温下的使用寿命难以达到工程要求的缺点也逐渐暴露出来。本课题利用微弧氧化技术在铝合金活塞材料表面制备稀土 Y2O3改性陶瓷涂层,从而提高铝合金活塞材料的表面性能,延长其使用寿命。本文采用ZL108铸造铝合金材料作为实验基体,利用正交试验的方法,研究磷酸三钠浓度、六偏磷酸钠浓度、磷酸二氢钠浓度、焦磷酸钠浓度以及电流密度对铸造铝合金活塞材料微弧氧化膜层基本性能的影响,通过工艺优化筛选出最佳工艺参数。在最优工艺参数的基础上,借助SEM、EDS和XRD、XPS等分析测试方法研究了 Y2O3浓度对铸造铝合金活塞材料微弧氧化膜性能的影响并探讨了 Y203掺杂微弧氧化膜层的改性机理。研究结果表明,在温度为20±3℃,频率为100Hz,占空比为20%,时间为30min的条件下,铸造铝合金活塞材料微弧氧化的最佳工艺参数为:磷酸钠12g/L、磷酸二氢钠8g/L、六偏磷酸钠8g/L、焦磷酸钠16g/L、电流密度20A/dm2,此时膜层的硬度厚度可以达到最优化。在最优的工艺参数条件下,在电解液中分别添加0g/L、1g/L、2g/L、3g/L和4g/L的Y2O3粒子,研究不同Y2O3浓度对铸造铝合金活塞材料微弧氧化膜层特性的影响。研究表明随着Y2O3粒子的添加,氧化电压先逐渐上升,但当Y2O3浓度达到4g/L时,电压出现下降的趋势。膜层的硬度厚度、耐蚀性、隔热性等均呈现与电压相同的变化趋势,证明过多的Y2O3添加反而对膜层性能不利。但随着Y2O3浓度的增加,膜层表面孔洞数量减少,孔径减小,膜层变得更加平整致密。膜层主要由Y2O3、α-AL203、γ-Al2O3、SiO2组成,表明Y2O3粒子成功进入膜层,结合XPS分析,发现Y2O3粒子在改性过程中并没有发生氧化还原反应,仍以Y2O3的形式存在。在微弧氧化过程中掺杂Y2O3微粒,一方面,Y2O3的添加可以提高离子的交换速度,从而促进膜层的生长速率,使微弧氧化膜层增厚从而影响其性能;另一方面,Y2O3可以阻止成膜过程中陶瓷晶粒的长大,细化陶瓷组织,得到光滑致密的陶瓷膜层从而影响其性能。