17%SiCp_2009Al铝基复合材料的微弧氧化膜的制备与性能研究.pdf

摘要

微弧氧化技术是一种在阳极氧化基础上发展而来的金属材料表面处理技术，

利用弧光放电增强并激活阳极反应，从而在铝、镁和钛等阀金属及其合金表面形

成优质的强化陶瓷膜，改善材料的性能并显著提高材料的使用寿命。

本文以17%SiC/2009Al铝基复合材料为基体，通过正交实验，从

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NaAlO-NaOH-NaF和NaSiO-NaOH-NaF两组电解液中筛选出最佳的电解液参数，

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分别使用SEM、XRD、EDS对不同电解液组分下制备的微弧氧化膜的微观形貌、

物相成分和元素组成进行表征，研究电解液的反应电流与氧化膜厚度的关系，氧

化膜的孔径与孔隙率以及耐腐蚀性能，最终选定最佳电解液参数；而后以选定的

电解液成分为基础电解液，往基础电解液中添加Ce(NO)，在原来的二元复合陶

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瓷氧化膜(AlO-SiO)中引入第三相(CeO)，制备AlO-SiO-CeO三元复合陶瓷氧

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化膜，研究添加不同Ce(NO)浓度对氧化膜的表面质量、厚度、耐电化学腐蚀、

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耐空蚀及抗高温氧化性的影响；最后通过密度泛函理论的第一性原理计算，研究

氧化膜的生长机理，主要研究结论如下：

正交实验最终选定(NaSiO20g/L、NaOH2g/L、NaF0g/L）为基础电解液；

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往基础电解液中添加Ce(NO)，随着添加浓度的提高，氧化膜孔径增大，孔的数

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量减少，厚度逐渐增大，最高达到了约82.71μm；溶液的pH值随Ce(NO)浓度

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的提高而降低，反应电流随Ce(NO)浓度的提高而增加；在电化学实验中，随

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Ce(NO)浓度的提高，氧化膜的耐电化学腐蚀性能先提高后降低，呈类似抛物线

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的变化规律，当Ce(NO)的添加浓度为1.0g/L时，耐电化学腐蚀性能最好；在空

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蚀实验中，当添加Ce(NO)浓度为1.0g/L时，累计空蚀量最小，为11mg，空蚀

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速率也最小，即此时氧化膜的耐空蚀性能最好；当添加Ce(NO)浓度为2.0g/L时，

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空蚀量最大，为40.9mg，空蚀速率也最大，即此时氧化膜的耐空蚀性能最差；在

抗高温氧化实验中，添加Ce(NO)浓度为1.0g/L时，氧化膜的失重率最小，抗高

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温氧化性能最好，添加浓度为2.0g/L时，氧化膜的失重率最大，抗高温氧化性能

最差。最后利用密度泛函理论的第一性原理对反应中的各产物进行模拟，计算各

产物的形成能和界面能，建立各产物的体相模型和产物间的界面模型。

关键词：铝基复合材料，微弧氧化，复合陶瓷氧化膜，耐腐蚀性能，第一性原理

PreparationandPropertiesofMicroArcOxidationFilmon17%

SiCp/2009AlAl