7075铝合金表面阳极氧化膜的制备及其摩擦学性能的研究

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阳极氧化是铝合金最常用的表面防护技术之一,能够有效地提高铝合金的耐磨性以及耐腐蚀性能。本文以7075铝合金为基底,研究了硫酸浓度、电流密度以及氧化时间等阳极氧化工艺参数对7075铝合金氧化膜的硬度、耐磨性以及耐腐蚀性能的影响,考查了阳极氧化膜在3.5%NaCl溶液和PAO6基础油润滑条件下的摩擦学性能,同时研究了阳极氧化膜表面涂覆聚四氟乙烯(PTFE)及超高分子量聚乙烯(PE)涂层的摩擦学性能。  (1)随着电流密度的增加,铝合金表面阳极氧化膜的硬度降低,当电流密度大于4A/dm2时,氧化膜表面出现微孔和裂纹等缺陷,氧化膜硬度甚至低于7075铝合金基底的硬度;随着硫酸浓度的增加氧化膜的硬度也随之增加,当硫酸浓度为9 wt%时,阳极氧化膜的耐磨性最佳,但摩擦系数较高;随着氧化时间的增加,阳极氧化膜的硬度降低,耐磨性能下降。经过综合分析,当硫酸浓度为9wt%、电流密度为2A/dm2、氧化时间为30min时,此时铝合金表面阳极氧化膜均匀致密,其硬度达到319.7HV,相比于7075铝合金提升了63%。  (2)经过阳极氧化处理的7075铝合金,在3.5%NaCl溶液润滑介质条件下,表现出优异的耐腐蚀性能。相较于未处理的铝合金,阳极氧化膜在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电位正向移动,自腐蚀电流降低了2个数量级。无论是在轻载和重载的实验条件下,7075铝合金在3.5%NaCl溶液中磨损机制都以腐蚀磨损和磨粒磨损为主,而其摩擦系数出现较大波动现象。而经过阳极氧化处理的7075铝合金,在轻载时阳极氧化膜并没有明显的磨损出现,只是在重载时磨痕处有犁沟出现,但依然没有剥落以及点蚀的现象,其磨损机制以轻微磨粒磨损为主,说明阳极氧化处理明显改善7075铝合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀磨损性能。  (3)在PAO6润滑下,轻载工况时,未处理的7075铝合金磨痕处有少量的犁沟存在,说明其磨损机制以轻微磨粒磨损为主,而阳极氧化膜几乎没有观察到磨损;在重载工况时,未处理的7075铝合金磨痕处有大量的剥落与磨粒存在,其磨损机制以磨粒磨损为主。而阳极氧化膜只有在低速时,其磨痕处才有少量的犁沟出现,磨损机制以轻微磨粒磨损为主。阳极氧化膜的摩擦系数始终明显低于相应实验条件下未处理的7075铝合金,PAO6基础油与阳极氧化膜的接触角由15°降低到3°,说明阳极氧化膜能改善7075铝合金的润湿性能。  (4)采用提拉法在7075铝合金表面阳极氧化膜涂覆PTFE以及PE制备得到了Al2O3-PTFE和Al2O3-PE复合涂层。实验中发现,PTFE与PE均可均匀涂覆在阳极氧化膜表面,其中Al2O3-PTFE复合涂层的摩擦系数可低至0.09左右,相比于未处理的铝合金降低了约82%,并且阳极氧化膜耐腐蚀性也有所改善,自腐蚀电流降低1个数量级;Al2O3-PE复合涂层在较小的赫兹应力下摩擦系数也有所降低,且其自腐蚀电流降低了2个数量级。
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