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钼酸钠添加剂对L108铝合金微弧氧化膜组织结构和硬度的影响
钼酸钠添加剂对ZL108铝合金微弧氧化膜
组织结构和硬度的影响
梅雨堃,王平,陈光亮,朱毅科2,邵登全,吴俊杰
(1.西南石油大学材料科学与工程学院,四川成都610500;
2.四川华工石油钢管有限责任公司,四川成都610500)
[摘要]为了系统研究钼酸钠对ZL108铝合金微孤氧化膜性能的影响,在30Mdm2大电流密度下改变电解
液中钼酸钠的添加量,对ZL108铝合金试样进行徽孤氧化,通过徽弧氧化电压一时间曲线、X射线衍射仪
(XRD)、X射线光电子能语(XPS)、扫描电镜(SEM)、测厚仪、硬度仪等考察钼酸钠添加量对微孤氧化电压及膜
层相组成、成分、表面形貌、厚度、硬度的影响。结果表明,在大电流密度下,随着钼酸钠添加量的增加,氧化膜
3s
表面吸附物增加,起孤电压和氧化电压先升高后降低;钼酸钠的添加对陶瓷膜层相结构的影响较小,钼以MoO3
形式存在于陶瓷膜层中;随着钼酸钠添加量的增加,氧化膜表面先出现孔径较大的微孔,随后微孔数量减少,孔
径变小。
[关键词]微孤氧化;钼酸钠;添加量;ZL108铝合金;组织结构;形貌;硬度
[中图分类号]TG174.451「[文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2013)10-000-03
0前言
mm,化学成分(质量分数,%):11.0~13.0S,1.0
微弧氧化可将无序结构的氧化膜变为含有一定
2.0Cu,0.4~1.0Mg,0.3~0.9Mn,AI余量。
a相或相A2O3结构的陶瓷膜,且致密、硬度高、耐
1.2微弧氧化工艺与设备
磨、耐蚀、耐压绝缘性和抗高温冲击性优。添加剂具
将试样在40℃的NaOH溶液中处理2min,取出
有改性电解液的作用リ,进而可提高微弧氧化陶瓷膜后清水洗净,并用5%HNO2溶液进行出光处理。
的质量和性能2。钼酸钠是一种低毒、改性作用显著
采用5kW的恒流-脉冲微弧氧化装置;6g/L硅
的高效缓蚀剂。用于阳极保护时,在小电流密度酸钠,2g/L氢氧化钠,0-4g/L酸钠;氧化电流密
下中性或碱性冷却水中较高浓度(750~1000mg/1
度30Admn2,占空比为25%,频率为100Hz,温度为
以上)时能够提高膜层的致密度,获得表面平整度高、
30-35℃,时间为30min
膜层成分均匀的高质量氧化膜层。目前,有关钼酸13测试分析
钠添加量对ZL108铝合金微弧氧化膜性能影响的研
采用 Hitachi S-3400N扫描电镜(SEM)观察氧化
究极少。本工作在大电流密度下不同钼酸钠添加量对膜的表面形貌。采用DX-1000射线行射仪(XRD)
ZL108铝合金微弧氧化电压以及陶瓷膜相组成、成分、测定膜的相组成,采用T230型测厚仪测量膜层厚
表面形貌、厚度、硬度的影响进行了研究。
度。采用HVS-1000型显微硬度仪测量膜层硬度,
XSAM-800型XPS仪检测钼价态,起飞角度20°,能量
1试验
源为AlKa,分辨率为0.9。
1.1基材前处理
2结果与讨论
基材为ZL108铝合金,尺寸为10mx10mx2
2.1钼酸钠添加量对微弧氧化电压的影响
[收稿日期]2013-05-19
不同钼酸钠添加量时微弧氧化电压-时间曲线见
基金项目]四川省高等学校油气田材料重点实验室资图1。由图1可知:钼酸钠的添加促进了2ZL108铝合
助项目(12Y91026)资助
金表面在阳极氧化阶段形成一层吸附膜,导致起弧电
[通信作者]王平(1981-),讲师,电话:08-8087405,压升高,随着添加量的增加,电解液导电性增加,起弧
E-mail:818wp@163.com
电压又有所下降;当钼酸钠添加量达到4g/L时,随
钼酸钠添加剂对ZL108铝合金微弧氧化膜组织结构和硬度的影响
反应进行微弧氧化电压出现大幅波动,这是由于
(2)表面形貌不同钼酸钠添加量微弧氧化膜的
Mo是选择性吸附阴离子,对电解液中的其他离子表面SEM形貌见图4。在不添加钼酸钠时,膜表面微
存在选择性吸附?,表面附着物和吸附物的快速形成孔孔径较小,大部分被熔融新生成的膜覆盖,膜表面
与累积对表面陶瓷层的熔融与再生长速度的影响增致密,但较为粗糙(见图4a),这与大电流密度下的成
大,从而导致陶瓷膜表面附着物和吸附物增加,堵塞膜规律一致;钼酸钠添加量为2g/L时,膜表面出
了陶瓷膜表面的放电通道,微弧氧化反应的持续进行现um左右的微孔,同时膜表面出现少量的熔融
需要将吸附物重新击穿成孔而形成新的放电通道,而状附着物,并聚集于膜的凹陷处,使膜由粗糙变得平
使微弧氧化电压出现大幅波动。
整(见图4b);钼酸钠添加量増至3g/L时,膜上微孔
数量减少,且孔径减小,膜表面的附着物增加,颗粒尺
450
寸增大,有附着物的区域微孔消失(见图4c);添加量
达到4gL时,膜表面微孔孔径更小(见图4d)。以上
400
结果显示:在电流密度不变的情况下,随着钼酸钠添
356
加量的增加,膜表面白色吸附颗粒形状由圆滑逐渐转
变为规则,其原因是钼酸钠吸附在膜的表面,在电弧
051015202530
·二
I/
作用下发生重熔、相变和结晶,钼酸钠浓度增加,大电
图1不同酸钠添加量的微弧氧化电压-时间曲线
流密度作用使表面吸附物增多,结晶体逐步长大。结
合图3Mo元素的XPS谱,认为白色点状吸附物可能
2.2钼酸钠添加量对氧化膜组构的影响
为MoO,颗粒,但由于其零散分布在膜表面,含量较
(1)相组成不同钼酸钠添加量微弧氧化膜的少,xXRD谱中未检测到MoO2的特征峰。
XRD谱见图2。由图2可知:氧化膜主要由y-A203和
A组成;添加2gL钼酸钠对氧化膜相组成以及特征
峰强度的影响不大;添加量达到3,4g/L时,非晶态氧
化物特征峰强度有所升高,这是因为随着表面附着物
和吸附物含量的增加,氧化膜层和微孔被覆盖,电弧放
保护
50m
电作用减弱,表面生成的非晶态氧化物含量增加。
50m
(a)0g/几L
(b)2g/L
2500
200A0
1500
书二
1(0)0
50 Hm
50m
1020304050607080
(e)3g/
(d)4g几L
2/(
图4不同钼酸钠添加量微弧氧化膜的表面SEM形貌
图2不同铝酸钠添加量对氧化膜相组成的影响
(3)膜厚钼酸钠添加量对氧化膜厚度的影响见
微弧氧化膜表面Mo元素的XPS谱见图3。由图图5。由图5可见:随钼酸钠添加量的增加,膜厚逐渐
3可见:氧化膜表面的Mo元素主要以MoO03减小,在大电流密度下,随着钼酸钠添加量的增加,氧
(232.85eV)和部分MoO2或MoO(OH)2(231.85,化表面附着物及吸附物随之增加,生成硫松块状附
234.1leV)的形式存在7,。
400
37.5
?35.0
25
27.5
25.0
Elev
P(钼酸钠)/(g?L2)
图3微弧氧化膜表面Mo元素的XS谱
图5不同钼酸钠添加量对氧化膜厚度的影响<