铝合金表面微弧氧化自润滑陶瓷覆层.doc

铝合金表面微弧氧化自润滑陶瓷覆层 沈德久　王玉林　卢立红　田新华　杨万和 　　［摘　要］　采用微弧氧化(等离子体增强电化学表面陶瓷化)技术，通过调制电解液配方，在铝合金表面共生合成自润滑陶瓷覆层，降低摩擦系数，改善摩擦副的摩擦学性能。　　［关键词］　微弧氧化；　自润滑陶瓷覆层；　共生　　［分类号］　TG174.4　　　［文献标识码］　B　　　［文章编号］　1001-1560(2000)05-0051-02 A Sey-Lubricant micro-Arc Oxidized Ceramic Coating of Aluminum Alloy SHENG De-uiu WANG Ling TIAN Xing-hua The sell-lubricant ceramic coating has bee prepared throngh micro-arc oxidetion-electro chemical surpace modification process. The friction coefficiont of the specimen could be reduced to 0.2～ 0.5. 1　前　言 　　铝质材料因质轻、比强度高、耐蚀、导电(热)性好等优点而成为用量仅次于钢铁的重要金属材料。然而，铝质机械零部件存在质软、易磨损、易损伤等弱点。陶瓷材料的硬度高，耐磨性远优于金属。为此，人们在铝质材料表面复合陶瓷质涂层方面做了大量研究与开发工作。近年来发展起来的微弧氧化技术在铝质材料表面形成厚度与硬度均高于传统阳极氧化的陶瓷层，大大提高了铝质零部件的耐磨性，而且工艺及装备可操作性强、无环境污染。但涂层的弱点是摩擦系数高，对磨件磨损加剧。为此，采用一步法电化学方法进行了微弧氧化陶瓷层的摩擦学改性工作。 2　实验方法 　　微弧氧化实验采用自制专用脉动电源、基体材料为ZL108；电解液以碱性微弧氧化电解液为基础，溶入适量硫代钼酸铵及相应添加剂；采用D/max-rB型X-射线扫描衍射仪进行涂层相结构分析；在Falex-1506型摩擦磨损试验机上测试摩擦学性能。 3　结果与讨论 3.1　覆层相结构　　图1为共生合成自润滑相陶瓷涂层试样的X-射线衍射谱。分析可知，涂层主要由α-Al2O3和MoS2构成，其中第6、12、16、20……号衍射线属α-Al2O3相，第1、7、8、9、13、19……号衍射线属MoS2相，其余为基体铝。 图 1　共生耐磨减摩陶瓷覆层X-射线衍射谱Al——17、22、32、40、42、45α-Al2O3——6、12、16、20、23、25、27、33、35、39、41、42、43MoS2——1、7、8、9、13、19、21、24、26、28、29、31、33、34、36、37、38、44 　　日本的石禾和夫［1，2］等人曾对传统阳极氧化膜进行过二次电解原位合成MoS2的摩擦学改性工作。该方法俗称二步法，其基本原理是：将硫代钼酸铵溶解于水，并加入相应添加剂形成含硫代钼酸根离子的水溶液。 (NH4)2MoS4=2NH+4+MoS2-4　　　　　　　　　　　　　　(1) 　　(1)对阳极氧化后的试样进行二次电解处理，在阳极氧化层微细孔中产生大量氢离子。这些氢离子与电解液中的硫代钼酸根离子发生反应，生成三硫化钼沉积于微孔中。 MoS2-4+2H+=MoS3↓+H2S↑　　　　　　　　　　　　　　(2) 　　(2)在保护性气氛(N2)中加热(400～800 ℃)脱硫，使三硫化钼转化成二硫化钼。 MoS3=MoS2+S　　　　　　　　　　　　　　　　　(3) 　　作者认为微弧氧化与二次电解原位合成MoS3同属于阳极反应沉积过程；所用电解液都是水溶性的，电解液工作温度及pH值均有较大公共区；微弧氧化电压是脉动的，其低压期与二次电解电压吻合。因此，在微弧氧化电解液中溶入适量硫代钼酸铵及相应添加剂，通电后进行微弧氧化过程中形成了三硫化钼。又因为微弧氧化微区具有时空瞬变的高温作用，所以，形成的MoS3会相继脱硫转化成MoS2。据此，试验成功了合成共生含MoS2自润滑相的陶瓷层的微弧氧化-步法。　　这种方法的氧化工作温度为10～40 ℃，后续的二次电解沉积和高温脱硫工序均可省去。既简化工艺，又保证了铝合金的强度不因脱硫温度超过时效温度而受到损伤。3.2　涂层的摩擦学性能　　原微弧氧化样品表面的摩擦系数高达0.8～1.2，而改性样品表面的摩擦系数只有0.2～0.5。显然，涂层中含一定量的自润滑相MoS2，使涂层的摩擦系数显著降低。　　用这两种试样分别与含磷合金铸铁(活塞环材质之一)构成摩擦副，进行磨损失重试验，结果见表。 表　微弧氧化减摩改性样品与原陶瓷化样品磨损失重对比(mg) 样品 原陶瓷化样与铸铁