5A90铝锂合金微弧氧化工艺研究

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5A90铝锂合金是Al-Li-Mg系合金,具有较高比强度比刚度、耐蚀性以及焊接性能等特性。但作为一种防锈轻质合金,其中间相的阳极特性仍导致其在严苛的腐蚀环境易发生腐蚀,从而使该类铝合金工件失效。本论文采用微弧氧化工艺对5A90铝锂合金薄板进行了表面改性,分别在不同氧化时间和电参数(电压、脉冲频率及占空比)下进行微弧氧化膜的制备,并在此基础上在电解液中加入粒径不同的纳米TiO2添加剂来探索其对微弧氧化膜耐蚀性能的影响。获得实验结果如下:在脉冲电压为450 V、频率为250 Hz、占空比为40%的条件下,在10 min~50 min下膜厚与氧化时间正相关,其中50 min的膜厚最大,为24.04 μm,而40 min下膜表面微孔数量最少,自腐蚀电流密度最小,耐蚀性能最佳。制得微弧氧化膜的相组成分别有α-A12O3相、γ-Al2O3相、LiAl5O8相和MgSiO4相;在脉冲电压为450V、占空比为40%、氧化时间为30min的条件下,频率分别为250、400、550、700和850Hz的氧化膜厚度与频率呈负相关,250Hz的膜厚最大,可达20.24 μm。频率的升高使微弧氧化膜耐蚀性先降低后增高,850Hz下制得的膜层具有最优的耐蚀性能;在脉冲电压为450V、频率为250Hz、氧化时间为30min的条件下,占空比分别为20%、25%、30%、35%、40%的氧化膜厚度与占空比呈正相关,40%占空比下膜厚最大,可达22.40 μm。占空比的升高会使微弧氧化膜耐蚀性先降低后增高,40%占空比下膜层具有最优的耐蚀性能。氧化时间、脉冲频率和占空比都不能改变合金微弧氧化膜在3.5 wt%的NaCl水溶液中的腐蚀机制,EIS都具有2个时间常数,均由高中频容抗弧和低频容抗弧组成。在正向电压350 V、反向电压150 V、脉冲频率250 Hz、占空比为40%的条件下,向电解液中分别添加尺寸为25、40、60和100nm的TiO2颗粒,反应15min,对比TiO2添加剂不同粒径对于微弧氧化膜性能的影响。TiO2粒径与微弧氧化膜厚度呈负相关,在添加尺寸为25 nm的TiO2时氧化膜厚度最大,可达29.97 μm;纳米TiO2颗粒尺寸增大使微弧氧化膜耐蚀性能提高,100 nm时微弧氧化膜具有最优的耐蚀性;TiO2的粒径不会对微弧氧化膜中Ti含量有较大影响;所有粒径纳米添加剂下制备的合金微弧氧化膜的EIS都具有3个时间常数,由高频容抗弧和两个低频容抗弧组成,腐蚀机制未改变。
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