原位水解ZrO2胶体粒子对铝合金表面微弧氧化成膜过程作用机制的研究

火花放电是铝合金微弧氧化重要特征，但随着氧化膜增厚，火花放电难度增大，成膜效率和膜层性能显著下降是微弧氧化面临的一个难题。胶体微粒在放电通道的沉积和火花放电的热作用都被认为对氧化成膜过程具有重要作用，然而相关理论难以获得实验证据.前期研究表明：在含原位水解ZrO2胶体粒子的电解液中，铝合金表面微弧氧化成膜效率可提高30-50%，所得到的含ZrO2纳米晶陶瓷氧化膜性能优良。.拟通过对原位水解ZrO2胶体粒子作用下铝合金微弧氧化成膜过程的研究，考察胶体粒子效应和荷电状态对火花放电过程的影响，探讨ZrO2胶体粒子促进微弧氧化成膜过程动力学的关键步骤和作用机制；同时，借助ZrO2相变特性和强电场作用下金属/介质/液体体系的击穿理论，构建火花放电通道模型，研究放电通道内部温度场分布及放电衰退过程中冷却效应；探讨火花放电热效应对微弧氧化膜中纳米晶形成的作用机制。为微弧氧化电击穿理论提供实验和理论依据。

铝合金材料微弧氧化膜层具有优良的热稳定性且与基材有牢固的冶金结合，但同时膜层也因为多孔和表面粗糙度大而影响其应用。微弧氧化反应过程中的放电火花状态对膜层表面形貌和性能有重要影响。对微弧氧化膜层增厚机制的研究能够加深对膜层形成过程的认识，为铝合金表面氧化膜层的应用奠定理论基础，因此，探讨铝合金微弧氧化过程中火花和膜层的变化对微弧氧化工艺的控制和优化有着重要意义。.本项目以2A70铝合金为基材，以硅酸盐和磷酸盐为基础氧化体系，研究了锆溶胶作用下铝合金微弧氧化成膜过程中电压、电解液、膜层生长速率、形貌、组分的变化，探讨溶胶粒子参与微弧氧化成膜的过程以及对膜层的影响机制。并通过两步氧化处理，系统研究微弧氧化成膜过程，通过研究氧化膜层的组成和结构、放电火花及对其氧化膜层表面状态的影响，建立了弧光放电通道模型，探讨了氧化膜层的生长机制。.2A70铝合金在含有锆溶胶的磷酸盐电解液中形成的膜层主要由Al2O3和ZrO2纳米晶以及非晶组织组成，硅酸盐电解液中形成的膜层主要由Al2O3纳米晶和非晶组织组成。磷酸盐电解液中前20min成膜速率约为2μm/min，硅酸盐电解液中前20min成膜速率约为4μm/min。硅酸盐电解液中形成的膜层相较于磷酸盐电解液中形成的膜层更粗糙。.“硅酸盐+磷酸盐”两步氧化过程中，后进入膜层的富P层分布在原膜层与基材之间，且随着第二步氧化时间的延长，铝合金不断被氧化生成的氧化产物聚集原膜层底部，使膜层向内生长。放电通道能连接基材和电解液，是主要的反应区域。磷酸盐电解液中放电通道可以在基材和膜层之间扩展，虽然通道开口小但使基材在较大范围被氧化，膜层的均匀增厚。硅酸盐电解液中形成的放电通道开口大但放电通道不会在膜层下扩展，单个放电通道在相对较小的局部氧化基材，膜层以局部增厚的方式生长。