铝合金微弧氧化陶瓷膜层相组成述评及分析
苗景国1，王泽忠1，沈 钰2
【摘 要】摘要:随着高端制造业对结构材料“轻量化”的迫切需要，铝及铝合金材料的应用变得越来越广泛，但表面性能已成为其进一步扩大应用的重要瓶颈。目前，微弧氧化是提高铝及铝合金表面性能的一种十分有效的方法。受基体合金元素等各种因素的影响，铝及铝合金微弧氧化膜层的相组成有所不同。综述了铝及铝合金微弧氧化陶瓷膜层相组成的最新研究成果，并进行了评论和分析，为其在高端领域的开发和应用提供参考。 【期刊名称】轻合金加工技术 【年(卷),期】2015(043)004 【总页数】5
【关键词】关键词:铝合金;微弧氧化;陶瓷层;相组成
铝及铝合金由于质量轻、比强度高和易加工等特点，其应用越来越广泛，但它的硬度较低，耐磨性、耐蚀性较差，在某些特殊领域的应用受到了极大的限制［1］。微弧氧化可在铝合金表面成功制备出与基体呈冶金结合的陶瓷膜层，在充分发挥铝合金基体材料使用性能的同时，又赋予其表面拥有的特殊性能，拓宽其应用范围。它是在传统阳极氧化基础上发展起来的表面改性新技术，完全可在铝合金表面实施陶瓷化改性处理［2-3］。
影响铝合金微弧氧化膜层相组成的因素很多，归纳起来主要有电解液组分、电参数及基体合金元素等。基体合金元素对膜层的结构及性能的影响最为显著，甚至能决定膜层中α-Al2O3相的含量。不同系的铝合金，制取的陶瓷膜层相组成各不相同。因此，对铝及铝合金陶瓷层的相组成进行全面分析，归纳出基体
合金元素对陶瓷层相组成的影响，这有利于该项技术在铝合金方面的进一步开发及产业化应用。
1 铝及铝合金陶瓷层的相组成
随着铝合金应用范围扩大及服役条件越来越苛刻，铝合金基体本身难以承受各种恶劣环境的冲击，要求对其表面进行防护。微弧氧化技术是在铝及铝合金的基体上实施陶瓷化新技术，该技术是铝及铝合金表面防护的有利选择。微弧氧化膜层的质量主要取决于膜层的结构及性能，膜层的结构主要取决于氧化铝的含量，氧化铝按晶型可分为8种，即α、γ、β、θ、δ、η、κ和χ 型。前两种最常见，α 相是最稳定的，俗称为刚玉;γ相是氧化铝在低温下的结晶，呈多孔状，它不如α相性能优异，但在1 200℃以上可单向方式转变为高温稳定相，同时有13%左右的体积收缩［4］。微弧氧化膜一般主要由α-Al2O3和γ-Al2O3两种相组成，具有良好的性能［5］。微弧氧化膜中α-Al2O3和γ-Al2O3的含量也受铝合金基体本身合金元素的影响。在同一工艺参数条件下，分别选取各系铝合金进行微弧氧化，其膜层中α-Al2O3和γ-Al2O3的含量各不相同。最大限度地促进α-Al2O3的形成是微弧氧化处理的关键。 1.1 1×××系铝(纯Al)陶瓷层的相组成
严志军［6］用工业纯铝为试样，采用低能耗微弧氧化工艺，处理60 min时膜层厚度在25 μm～30 μm，主要含有 α-Al2O3和γ-Al2O3相;随着时间的增加，陶瓷膜中α-Al2O3逐渐增加，膜层的硬度也随之增大。吴振东［7］以纯铝为试样，微等离子体氧化120min制备的膜层，膜层全部由α-Al2O3组成。蒋永锋［8］对铝合金微弧氧化过程中基体成分、电参数、溶液温度、pH值及组分等参数对陶瓷层的生长速率及性能的影响进行分析表明，纯铝比铝合金更
容易生成陶瓷层。吕国华［9］等在硅酸盐和磷酸盐电解液中对纯铝进行微弧氧化，最终在制备的膜层中获得α-Al2O3和γ-Al2O3相，且放电电压越高，α-Al2O3相越多。E.Matykina［10］等在Na2SiO3-KOH电解液中对纯铝(Al99.99%)进行微弧氧化，膜层中获得α-Al2O3和γ-Al2O3相。
由以上文献可知，1×××系纯铝微弧氧化膜层主要由α-Al2O3和γ-Al2O3相或全部的α-Al2O3相组成。随着氧化时间的延长，当微区温度达到1200℃以上时先期形成的γ-Al2O3会自发地向α-Al2O3转变，最终可以制备出全部的α-Al2O3相。由此得知，Al对高温氧化铝的转变有显著的促进作用。 1.2 2×××系(Al-Cu系)铝合金陶瓷层的相组成
辛世刚［11］采用KOH为电解液，对2A12(LY12)铝合金进行微弧氧化，所制取的陶瓷膜层由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成，随着氧化时间延长，γ-Al2O3相逐渐减少，最后基本消失，而高温态α-Al2O3相的含量却逐渐增多。薛文彬［12］采用 NaOH为电解液，对2A12铝合金进行微弧氧化，实验所得陶瓷膜层由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成，且 α-Al2O3相的含量占一半以上。陈飞［13］采用 Na2SiO3为主体的电解液，对2A12铝合金进行微弧氧化，所得膜层由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成，且α-Al2O3相的含量相对更高。孙志华［14］采用Na2SiO3复合盐电解液体系下，对2A12铝合金进行微弧氧化，所得膜层主要由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成，随着氧化时间延长，γ-Al2O3相在陶瓷层中的含量逐渐减少，而高温相α-Al2O3相的含量随着氧化时间的延长逐渐提高。
由以上文献可知，2×××系铝合金微弧氧化所得膜层中均含有α-Al2O3和γ-Al2O3相，在某种工艺条件下制取的陶瓷膜层中α-Al2O3相的含量比γ-
铝合金微弧氧化陶瓷膜层相组成述评及分析
