碳钢热浸镀铝与微弧氧化研究

Ｎａ。

Ｓｉ倪分别为３０９／１、４５９／１、６０９／１、７５９／１四组溶液进行试验。

试验中选取电流密度分别为０．０３３Ａ／ｃ１２、０．０６７Ａ／ｃｍ２和０．１００Ａ／ｃｍ２三种方案；电解液温度控制在在１８℃～２２℃。

２．２．２试验方法
试样表面的导电性很好，在较低的电压下，即有较大的电流，因此控制电压在３０～５０Ｖ。

这时可以看见在铝板表面开始有微小的气泡生成，金属光泽逐渐消失。

随着时间的延长，试样表面被氧化，通常这一过程为３～５分钟，此时电流很快下降。

当电流值很小时，逐渐升高电压，便可观察到试验表面有小的弧光产生，即达到微弧放电阶段。

电压越大，产生的弧光便越明显。

持续升高电压至试验规定的电流密度为止．在试验过程中，随着时间的延长，电流密度有逐渐下降的趋势，为了保持试验数据的准确性，需要随时调整电压以保证电流密度的一致性。

２．２．３试验结果的检测分析
为了探讨各种试验条件对微弧氧化层厚度的影响，确定用试样尺寸和重量变化来进行比较．即对同一样品每隔０．５ｈ用螺旋测微计测一次厚度变化，同时用电子分析天平称重．以进行增重的比较：用Ｓ－－４５０扫描电镜观察微弧氧化膜表面的显微结构：用金相显微镜观察微弧氧化层截面的显微组纵并照相：用ＨＲＤ—ｌｏｏｏｊ显微硬度计，载荷选用ｌＯＯｇ，分别测量基体、涂层的疏松层以及致密层的显微硬度。

３．试验结果及分析讨论
３．１热镀层截面组织形貌分析
碳钢经热浸镀铝后，外观呈铝白色，表面与铝没有区别，镀铝层组织如图１所示。

由图ｌａ可见镀铝层大致可以分为两层，外层白色层为纯铝层，内层较暗为Ｆｅ＿＾ｌ合金层。

Ｆｅ＿Ａｌ合金层是在热浸镀铝过程中，铝液与钢基体发生反应形成的．其合金相按Ｆｅ、Ａｌ比例的不同而异“”。

由图ｌｂ可以清楚地看到基体的铁索体晶
粒，与其紧密相连者为灰色Ｆｅ－＾ｌ合金
层，白色区域为纯铝，在Ｆｅ＿Ａ１合金层
与纯铝过渡区有块状Ｆｅ－Ａ１化台物分布．
试验结果表明，纯铝层与Ｆｅ－Ａｌ合
金层的厚度比例与热浸镀铝的工艺有
关，镀铝温度越高，浸镀时间越长，镀
层的总厚度及ＦｅＡ１合金层的厚度越厚，其ａｌｏｏｘｂ５００Ｘ
中温度的影响比时间的影响更加显著。

由于图１簧浸镀铝层断面金相照片
熟浸镀铝已成为一种成熟的工艺技术，所以热
浸镀铝层的组织及其厚度控制，本文不再详细
讨论。

但需要指出的是，纯铝层与Ｆｅ＿Ａ１合金
层对微弧氧化的结果会产生不同的影响。

因
此，对于钢件表面镀铝再进行微弧氧化的复合
表面处理，要合理地控制二者的厚度比例。

３．２微弧氧化膜组织形貌分析
３．２．Ｉ微弧氧化膜扫描电镜分析
钢件热浸镀铝并经微弧氧化后的表面形
貌如图２所示，可以看到在低倍镜下微弧氧化层表面相糙不平，形如丘陵地貌，且有许多微孔密密麻（ａ）（ｂ）图２
微弧氧化涂层表面形貌
麻地分布在涂层中，这些孔洞多呈圆形。

目前认为，在微弧氧化过程中，当试样在电解液中通电后表面立即生成很薄的氧化膜，当电极间电压超过某一临界值时，氧化膜的薄弱部位被击穿，发生火花放电。

这时在溶液表面能观察到很多游动的白色弧点，每个弧点存在的时间短，且其瞬问温度超过２０００＂Ｃ““。

由于微电弧产生的高温熔化及爆炸喷溅，使该处的物质向周围转移，于是放电形成了微孔洞。

同时这些微孔洞也成为了进一步微弧氧化的放电通道。

此时由于电压较低，膜层也相应较薄，等离子体击穿时所形成的孔洞呈垂直表面的柱状体。

随着膜层的增厚，电压不断升高，这时弧斑逐渐汇合、变大，Ｋｒｙｓｍａｎｎ“”计算出放电温度可达到８０００。

Ｋ。

生成的微弧氧化膜层发生瞬间熔化，部分熔融物向外喷出并凝固，在照片上即表现为圆形孔洞及其周围的堆积物。

图３为高倍观察时的孔洞形貌，在图３ａ中，从垂直孔洞的方向可以很明显地看到微弧氧化涂层是一层一层形成的。

即在微弧氧化过程中，随着时间的推移，后生成的涂层是附在先生成的涂层上的。

而在图３ｂ中可以看到比较典型的圆形孔洞，孔洞周围堆积物表面比较圆滑。

这是微弧放
电区的瞬间高温，使涂层熔融，熔融液在表面张
力的作用下，液态氧化物凝固时便形成了圆滑的表面和孔洞。

在熔融液凝固的过程中，会产生很高的应力，当应力超过材料抗拉强度时便会出现裂纹（图３ｂ）。

微裂纹的产生将增大涂屡的脆性，严重时将引起涂层的剥落，故应通过工艺条件的改进而加以控制。

而且在图２中，还可以看到微
弧氧化涂层的孔洞有大有小，目前认为这是由于随着放电的持续和微电弧放电的此起彼伏，
有些通道会被熔融的Ａ１２如所填补，而最后只剩下
少量较粗的孔洞作为放电通道维持放电。

这与试验
中，微弧氧化火花从开始的致密细小变为后来的稀疏粗大相吻合。

３，２．２微弧氧化膜的金相分析
（ａ）（ｂ）
图３微弧氧化涂层孔洞彤貌
氧化陶瓷膜及基体的截面组织形貌如图４所示．图４中自亮区
为镀铝层，镀铝层以上的灰色层为Ａｌ＝如陶瓷层。

图中看不到Ａｌ。

腿陶瓷层明显的两层结构，这是由于试样的氧化时问较短，所以疏松层
较薄，照片中不很明显，而内层较为致密。

且较外层厚得多。

对图４进一步观察，发现膜之间，膜与基体之问结合较好，没有孔洞出
现。

外层与内层膜之问互相镶嵌，膜结合紧密，内层膜与基体之间，显示出良好的结合状态４
图４微弧氧化层截面金相
３．２．３微弧氧化膜的硬度分析
微弧氧化层及基体的显微硬度测试结果如表Ｉ所列。

从表１中不难看出，微弧氧化致密层的
表Ｉ试样各组织的表面显微硬度值（１ｉＶ。

）
显微硬度高达１５３６．８ＨＶ，远远高于基体的显微硬度１２７．６Ｈｖ，疏松层仅有７４
９
ＨＶ。

这表明碳。