鎂合金微弧氧化原位生長陶瓷膜及其摩擦行為研究.pdf

1、鎂合金的耐磨性能較差，嚴重阻礙了其在工程中的應用，因而改善鎂合金表面耐磨性能成為亟待解決的問題。本論文采用微弧氧化法在 ZK60鎂合金表面原位生長具有減摩耐磨作用的陶瓷膜層，以提高鎂合金表面的耐磨性能，并研究其在不同環境下的摩擦機制，為 ZK60鎂合金在工程中的應用提供了技術支撐。
　　研究了電解液體系、電流密度、頻率、占空比和反應時間對鎂合金微弧氧化膜層硬度及摩擦性能的影響，通過優化工藝參數實現了所得膜層的構造和設計。以 Na3

2、PO4為電解液體系，當電流密度為12A/dm2、頻率為500Hz、占空比為15％、反應時間為5min時，所得膜層有最好的耐磨性能，膜層的納米硬度為4.99GPa，摩擦系數為0.3左右，磨損率為1.27×10-5mm3/Nm。
　　研究了 NaAlO2、石墨摻雜以及 NaAlO2與石墨復合摻雜對鎂合金微弧氧化膜層的硬度及摩擦性能的影響。結果表明，NaAlO2摻雜、石墨摻雜以及NaAlO2與石墨復合摻雜均能夠提高膜層的硬度、降低膜層的

3、摩擦系數，進而改善所得膜層的摩擦性能，其中NaAlO2摻雜膜層的硬度和摩擦性能最好，當NaAlO2摻雜濃度為4g/L時，膜層的納米硬度為6.302Gpa，摩擦系數為0.25，磨損率為0.75×10-5mm3/Nm。通過對 NaAlO2摻雜膜層的結合力和冷熱循環試驗研究表明，所得膜層具有較好的結合力和抗冷熱循環性能。
　　利用SEM、XRD、XPS和EDS等分析手段，對摻雜前后所得鎂合金微弧氧化膜層表面形貌、相組成、元素成分及價態進

4、行了分析。研究結果表明，所得膜層是由MgO為主晶相，并且表面存在大量分布均勻的微孔。NaAlO2摻雜使膜層中出現了 MgAl2O4相，而石墨摻雜通過 EDS分析發現膜層中出現了石墨元素。
　　探討了 NaAlO2和石墨摻雜所得鎂合金微弧氧化膜層在不同機械參數和環境下的磨損機制。結果表明，在常溫常壓下石墨摻雜體系的膜層的摩擦系數隨著載荷的增加而增大，隨著滑動速度和磨損時間的增加而減小，隨著磨損時間的增加，膜層由粘著磨損變為疲勞磨損；

5、NaAlO2摻雜體系的膜層的摩擦系數隨著載荷及磨損時間的增加而增大，而隨著滑動速度的增加而減小，磨損機制主要為粘著磨損。在真空環境下所得膜層的摩擦系數較常壓下降低，且磨損較常溫常壓下更加嚴重。石墨摻雜膜層主要體現為磨粒磨損和疲勞磨損，NaAlO2摻雜膜層主要體現為粘著磨損和磨粒磨損。在真空低溫環境下，所得膜層的摩擦系數較真空常溫環境下的摩擦系數有所升高，石墨摻雜膜層的主要磨損機制為粘著磨損向疲勞磨損的轉變，NaAlO2摻雜膜層的磨損機制