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低压冷喷涂铝基涂层-阳极氧化膜复合涂层制备及其性能研究

低压冷喷涂铝基涂层-阳极氧化膜复合涂层制备及其性能研究

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作者：张燕超广东工业大学

学位级别：硕士

7075铝合金,由于其高强度/重量比,被广泛用作飞机制造以及其他行业的结构部件。这些结构零件服役环境特殊,长期受到盐水喷雾或海水冲刷,这些零件可能受到各种腐蚀的影响,如点蚀和电偶腐蚀、晶间腐蚀、应力开裂腐蚀和剥落腐蚀等。大型构... 详细信息

7075铝合金,由于其高强度/重量比,被广泛用作飞机制造以及其他行业的结构部件。这些结构零件服役环境特殊,长期受到盐水喷雾或海水冲刷,这些零件可能受到各种腐蚀的影响,如点蚀和电偶腐蚀、晶间腐蚀、应力开裂腐蚀和剥落腐蚀等。大型构件局部破坏后更换成本巨大,采用合理的局部修复方法是解决这些问题的重要途径,因此如何对腐蚀及磨损的铝合金修复以延长其服役时间具有重要意义。本文采用低压冷喷涂法在7075铝合金上沉积铝基涂层,通过优化铝基涂层上阳极氧化处理工艺参数获得冷喷涂铝基涂层-阳极氧化膜复合涂层,随后分别采用石墨烯改性和原位喷丸强化两种途径来增强复合涂层性能。采用扫描电子显微镜、X射线衍射分析、拉曼分析等检测手段对涂层的显微形貌、结构、成分和组织进行表征分析,着重研究了复合涂层在室温环境中的摩擦行为,以及在腐蚀环境中的耐腐蚀性能。本文的主要工作如下:1.通过机械混合的方法制备了Al-20%AlO混合粉末,采用低压冷喷涂技术在7075铝合金表面制备了铝基涂层,再进行阳极氧化后处理,生成一层氧化膜。探讨了HSO浓度、电压强度和氧化时间对生成氧化膜结构和性能的影响,研究表明随着硫酸浓度的增加阳极氧化膜表面硬度增大,当硫酸浓度为10%时,此时膜的硬度最大,耐磨性能最好;随着电压的增加,氧化膜表面出现裂纹,当电压为25V时,阳极氧化膜结构完整,未出现明显裂纹现象;随着氧化时间的增加,阳极氧化膜硬度呈现先增加后减小的趋势,当反应时间为60min时,阳极氧化膜表现处最好的耐磨性。最终研究得冷喷涂铝基涂层表面阳极氧化处理最佳工艺为硫酸浓度10%、电压强度25V、氧化时间60min。2.以化学原位还原法制备的还原氧化石墨烯包覆铝粉(0.2G/Al)和20wt.%AlO为原料,通过低压冷喷涂技术在7075铝合金表面制备G/Al复合涂层,进一步对复合涂层表面进行阳极氧化处理获得阳极氧化膜。对石墨烯/铝基-阳极氧化膜复合涂层(Al/G-AAO)进行微观分析表明石墨烯均匀分布在阳极氧化膜表面,石墨烯的加入使得阳极氧化膜的质量提高,具体表现在膜的缺陷和裂纹减少。研究表明,相比于冷喷涂铝基涂层-阳极氧化膜(Al-AAO),Al/G-AAO的自腐蚀电位正移了0.139V,自腐蚀电流密度降低了将近16倍,说明还原氧化石墨烯的加入使复合涂层的腐蚀防护性能增强;同时,G/Al-AAO的摩擦因数显著降低至0.26,磨损率降低50%,说明石墨烯的加入增强了复合涂层的减摩和耐磨能力。3.本文将原位喷丸处理效果与冷喷涂工艺相结合,将20%～60%(质量分数)的316L不锈钢喷丸颗粒添加到喷涂粉末中,可以实现沉积的铝涂层的原位锻造效果,制备了致密化的铝涂层,再对冷喷涂铝涂层表面进行阳极氧化处理,获得冷喷涂铝基涂层-阳极氧化膜复合涂层。研究表明,随着不锈钢喷丸颗粒的增加,锻造效果增强,复合涂层的结构也更加致密;在摩擦试验中表现出更低的摩擦因数、更低磨损率;在腐蚀环境中具有高的热力学稳定性,具体表现为具有更高的自腐蚀电位,更低的自腐蚀电流密度。

关键词：冷喷涂石墨烯原位喷丸阳极氧化腐蚀摩擦

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