面向再制造的铝合金微弧氧化关键技术研究

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绿色再制造对于提高资源利用率,建设循环经济和节约型社会,实现经济和社会可持续发展具有重要意义。微弧氧化是实现绿色再制造的一种途径,其是一种新兴的轻金属及其合金的表面改性技术。它是在阳极氧化基础上,通过对浸在碱性电解液中的铝合金施加高电压,使其表面已形成的阳极氧化膜得以击穿,发生火花放电现象,并在其原位生长出一层均匀的陶瓷膜。经微弧氧化处理后的铝合金,其硬度、耐磨性和耐腐蚀性能都得到了很大程度的提高。本文在现有的研究基础上,对铝合金微弧氧化技术进行了详细的研究,并首次将神经网络引入到微弧氧化技术中,实现了膜层性能指标的预测。本文主要研究内容和所取得结论如下:1、采用L9(34)正交试验方法,以微弧氧化膜层的厚度、表面粗糙度、显微硬度为性能指标,对电流密度、脉冲频率、占空比进行了优化。当电流密度为30A/dm2,脉冲频率为1000Hz,占空比为8%时,膜层的厚度、表面粗糙度、显微硬度达到最优,分别为:膜层厚度为15.98μm、表面粗糙度为0.843μm、显微硬度为1427.8HV。通过极差分析得到,电参数对该三个性能指标的影响的主次关系为电流密度>脉冲频率>占空比。2、采用L16(45)正交试验方法,对电解液参数进行了优化,发现电解液由10g/L Na2SiO3、2.5g/L NaOH、6g/L (NaPO3)6、1.5g/L NaF、1g/L Na2EDTA配制而成时,膜层的厚度、表面粗糙度、显微硬度达到最优,分别为:26.87μm、2.413μm、1700HV。各因素对性能指标的影响主次顺序为Na2SiO3>NaOH> (NaPO3)6>NaF>Na2EDTA。3、采用电子扫描显微镜、X-Ray衍射仪、浸泡试验等手段,分别研究了电流密度、脉冲频率、占空比、电解液成分和浓度、氧化时间对微弧氧化膜层的微观表面形貌、相组成、耐腐蚀性能的影响。结果表明:微弧氧化膜层表面布满了一系列大小不一的孔洞,孔的周围呈现出“类火山”状的形貌;XRD图谱显示出膜层主要由α-Al2O3和γ-Al2O3组成,并且各相的含量随着工艺参数的变化而变化。浸泡试验结果表明经微弧氧化处理后的铝合金具有良好的耐腐蚀性能。4、以正交试验数据为基础数据,结合BP神经网络技术,建立了两个BP网络预测模型,实现了对微弧氧化膜层的厚度、表面粗糙度、显微硬度的预测。经检验,所建模型的预测误差均在10%以内,并且工艺参数引起性能指标的变化趋势与实际实验值吻合,因此,所拟建的模型可以对微弧氧化技术进行定性和半定量分析。
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