[发明专利]ZL109铝合金微弧氧化耐磨陶瓷层工艺

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金的表面处理技术领域，具体涉及一种ZL109铝合金微弧氧化耐磨陶瓷层工艺。

背景技术

ZL109铸造铝合金具有导热性好，热膨胀系数小，耐高温疲劳，质量轻等特点，被广泛用来制造内燃机活塞。但是，铸造铝硅合金的表面硬度较低、耐磨性和耐蚀性较差，随着现代发动机性能和工作寿命要求的不断提高，更需要适当的表面处理来提高它的性能。由于铸造铝硅合金中Si元素含量较高，所以常用的阳极氧化处理技术很难获得较厚的表面处理层。

微弧氧化技术是一项在普通阳极氧化技术基础上发展起来的一项表面处理技术，通过在样品表面发生复杂的电化学、等离子化学、热化学以光、电、热等物理作用形成较厚的陶瓷膜。所获得的陶瓷膜硬度高[4-5]，抗磨损、抗腐蚀、耐热冲击及绝缘性能好。

关于铝合金微弧氧化方面已有大量研究，但因铸造铝硅合金中的硅元素含量较高，会显著增加膜层中的孔隙率，使得其表面难以获得性能优良的陶瓷膜层。

发明内容

本发明针对以上提出的铸造铝硅合金中的硅元素含量较高，会显著增加膜层中的孔隙率，使得其表面难以获得性能优良的陶瓷膜层的问题，而研究设计一种ZL109铝合金微弧氧化耐磨陶瓷层工艺。本发明采用的技术手段如下：

一种ZL109铝合金微弧氧化耐磨陶瓷层工艺，采用双极性脉冲微弧氧化电源，电解液的组成成分及浓度为：硅酸钠8g/L、氢氧化钾2.5g/L、钨酸钠5g/L、乙二胺四乙酸二钠2g/L；电参数为正向电压400V、负向电压120V、占空比20％、频率500Hz。

进一步地，反应时间为60分钟。

进一步地，所述电解液的反应温度为30～40℃。

所述的ZL109铝合金的组分及含量为：Si为11.0％～13.0％，Cu为0.5％～1.5％，Mg为0.8％～1.3％，Ni为0.8～1.5％，其余为Al。

与现有技术比较，本发明所述的ZL109铝合金微弧氧化耐磨陶瓷层工艺所生成的膜致密度较高，膜层与基体结合状态好，磨损状态稳定。

附图说明

图1是本发明实施例中硅酸钠浓度与膜层厚度的关系曲线图。

图2是本发明实施例中硅酸钠浓度与膜层截面显微硬度的关系曲线图。

图3是本发明实施例中氢氧化钾浓度与膜层厚度的关系曲线图。

图4是本发明实施例中氢氧化钾浓度与膜层截面显微硬度的关系曲线图。

图5是本发明实施例中钨酸钠浓度与膜层厚度的关系曲线图。

图6是本发明实施例中钨酸钠浓度与膜层截面显微硬度的关系曲线图。

图7是本发明实施例中不同钨酸钠浓度对应的膜层XRD图谱。

图8是本发明实施例中钨酸钠浓度2g/L对应的膜层截面形貌图。

图9是本发明实施例中钨酸钠浓度5g/L对应的膜层截面形貌图。

图10是本发明实施例中不同占空比对应的膜层磨损曲线图。

图11是本发明实施例中占空比20％对应的膜层表面形貌图。

图12是本发明实施例中占空比50％对应的膜层表面形貌图。

图13是本发明实施例中电源频率100Hz生成的膜层横截面形貌图。

图14是本发明实施例中正负向电压单独变化生成的膜层厚度曲线图。

图15是本发明实施例中正向电压550V生成的膜层表面形貌图。

图16是本发明实施例中正向电压550V生成的膜层横截面形貌图。

图17是本发明实施例中膜层厚度与负向电压的关系曲线图。

图18是本发明实施例中膜层表面粗糙度与负向电压的关系曲线图。

图19是在正向电压400V、负向电压120V下生成的膜层截面形貌图。

具体实施方式

一种ZL109铝合金微弧氧化耐磨陶瓷层工艺，采用双极性脉冲微弧氧化电源，电解液的组成成分及浓度为：硅酸钠8g/L、氢氧化钾2.5g/L、钨酸钠5g/L、乙二胺四乙酸二钠2g/L；电参数为正向电压400V、负向电压120V、占空比20％、频率500Hz；反应时间为60分钟。