一種鋁合金表面微弧氧化塗層及其製備方法與流程

2023-05-02 03:00:32

本發明涉及電化學領域，具體涉及一種鋁合金表面微弧氧化塗層及其製備方法。
背景技術：
：鋁是地殼中儲量最多的一種金屬元素，鋁合金也是最重要的輕合金之一，其輕便、成本低、抗腐蝕性能出色、熱導率高、無磁性的特點，使其具有良好的可成型性、可焊接性、可加工性，廣泛應用於要求有一定強度的各種工業結構件。為了適應不同的用途，生產出了不同系列的變形鋁合金，有鋁矽合金、鋁鎂合金、鋁鋰合金、鋁銅合金、鋁鋅合金等等。然而鋁合金作為結構材料，存在質地軟、耐磨性較差、在特殊環境下耐蝕性差等缺點，這嚴重影響了其用途。因此，人們通過在鋁合金表面製備相應的膜層來增加其耐磨性，從而擴大鋁合金的應用範圍。傳統鋁合金表面的處理方法有很多種，分為陽極氧化、化學氧化、電鍍、化學和物理氣相沉積、等離子噴塗、熱噴塗等，其中陽極氧化的應用較為廣泛。然而傳統陽極氧化得到的氧化膜較薄且硬度低，經常無法滿足實際應用，且實驗過程的電解液為強酸性，對環境危害較大。層狀結構六方氮化硼(hbn)，與石墨是等電子體。它具有白色石墨之稱，具有類似石墨的層狀結構，有良好的潤滑性、電絕緣性導熱性和耐化學腐蝕性，具有中子吸收能力，化學性質穩定對所有熔融金屬化學呈惰性，成型製品便於機械加工，有很高的耐溼性。在氮氣壓力下熔點為3000℃，在大氣壓下於2500℃升華。其理論密度為2.29克/立方釐米。莫氏硬度2，抗氧溫度900℃，耐高溫2000℃。氮化硼是化學惰性的材料，在氬氣氣氛下直至2700℃仍是穩定的。若將其引入微弧氧化陶瓷膜層中，有望降低微弧氧化陶瓷膜層的摩擦係數，提升微弧氧化陶瓷膜層的耐磨性。微弧氧化技術，又被稱為等離子體氧化，陽極火花沉積等，是一種新興的表面處理技術，被廣泛的運用於鋁及鋁合金製品。微弧氧化與傳統陽極氧化相似，但是又大不相同，微弧氧化的電壓數值與要遠遠超過傳統陽極氧化，是通過電解液與相應電參數的組合，在鋁、鎂、鈦及其合金表面依靠弧光放電產生的瞬時高溫高壓作用，生長出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層，具有表面硬度高、耐磨性能好、工藝可靠、設備簡單、操作方便等特點。鋁合金在電解液中通過高壓放電作用，其表面生成一層與基體以冶金方式結合的氧化鋁為主的陶瓷層，陶瓷質的高硬度高穩定性滿足鋁合金改善耐磨等性能要求。微弧氧化膜層的性能和其成分和相結構有關，而膜層的成分和相結構又和微弧氧化所用的電解液成分有很大的關係。迄今為止，有關鋁合金微弧氧化處理的電解液以矽酸鹽居多，此外所用的電解液濃度多為低濃度的鹼性溶液。矽酸鹽等電解液中進行微弧氧化處理使膜層中引入其他雜質成分，降低膜層的耐磨性；使用另外一種微弧氧化電解液，即鋁酸鹽電解液，雖可以得到純氧化鋁的微弧氧化膜，但鋁合金在高濃度鋁酸鹽溶液中不能依靠常規的一步微弧氧化法成膜工藝複雜，影響膜層耐磨性。目前國內外關於一步微弧氧化塗層技術不能得到耐磨性能良好的鋁合金微弧氧化膜層，因此提供一種將電解液體系用於鋁合金的微弧氧化處理的方法對提高膜層的保護性能具有重要意義。技術實現要素：為了現有技術不足，本發明的一個目的是提供一種鋁合金表面減磨耐磨的微弧氧化塗層，hbn微粒在微弧氧化的過程中進入塗層中，製備的富含hbn的複合微弧氧化陶瓷膜層具有較低的摩擦係數和摩擦失重，即具有高耐磨性和減磨性能。本發明第二個目的是提供一種電解液體系，該電解液為添加微米或納米級六方氮化硼的醋酸鹽電解液體系。該電解液體系可使鋁合金表面陽極氧化或微弧氧化時得到高耐磨性的緻密氧化膜。本發明第三個目的是提供一種鋁合金表面減磨耐磨的微弧氧化塗層的製備方法，在電解液體系中添加微米級或納米級hbn，探究適合的電解液配方，然後在優化電解液體系中，製得了性能優良的高減磨性和耐磨性的陶瓷塗層。本發明的第四個目的是提供一種摩擦零件，應用上述鋁合金表面微弧氧化塗層的零件表面具有高耐磨性和減磨性能，減少零件表面的摩擦損耗。為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：一種鋁合金表面微弧氧化塗層，塗層含有微米級或納米級hbn，微米級hbn複合氧化膜層的平均摩擦係數為≤0.46，磨損失重率≤16.5×10-5g/min；納米級hbn複合氧化膜層的平均摩擦係數為≤0.386，磨損失重率≤3.5×10-5g/min。一種用於鋁合金表面微弧氧化處理的電解液體系，其特徵在於，所述的電解液為添加微米或納米級六方氮化硼的醋酸鹽電解液體系。優選的，微米級六方氮化硼添加劑的粒徑為0.1～10μm，濃度為1～50g/l。優選的，微米級六方氮化硼添加劑的粒徑為0.1～2μm濃度為1～25g/l。進一步優選的，微米級六方氮化硼的粒徑為0.1～0.9μm，濃度為1.5～12g/l。優選的，納米級六方氮化硼添加劑的粒徑為或1～100nm，濃度為0.1～50g/l。優選的，納米級六方氮化硼添加劑的粒徑為或10～90nm，濃度為0.1～25g/l。進一步優選的，納米級六方氮化硼添加劑的粒徑為40～60nm，濃度為0.1～2g/l。優選的，醋酸鹽電解液體系配方：醋酸鹽濃度為5～20g/l，六偏磷酸鹽濃度為2～10g/l，鎢酸鹽濃度為1～10g/l，乙二胺四乙酸鹽濃度為0.2～1g/l。進一步優選的，醋酸鹽電解液體系配方：醋酸鈉(acna)濃度為8～12g/l，六偏磷酸鈉((napo3)6)濃度為4～8g/l，鎢酸鈉(na2wo4)濃度為2～4g/l，乙二胺四乙酸二鈉(edta-2na)濃度為0.4～0.6g/l。最優選的，電解液配方：醋酸鈉濃度為12g/l，六偏磷酸鈉濃度為4g/l，鎢酸鈉濃度為4g/l，乙二胺四乙酸鹽濃度為0.5g/l，微米級六方氮化硼的添加量為10.5g/l。最優選的，電解液配方：醋酸鈉濃度為10g/l，六偏磷酸鈉濃度為6g/l，鎢酸鈉濃度為3g/l，乙二胺四乙酸鹽濃度為0.5g/l，納米級六方氮化硼的添加量為1.5g/l。一種鋁合金表面微弧氧化塗層的製備方法，以鋁合金為基體，選用添加微米或納米級六方氮化硼的醋酸鹽作為電解液體系，對鋁合金進行微弧氧化處理。優選的，微弧氧化處理具體步驟：將基體進行預處理後晾乾，置於電解液中作為正極，不鏽鋼槽作為負極，通冷卻水循環保持電解液溫度控制在50℃以下，採用微弧氧化電源供電，電源頻率範圍400～600hz，電流密度4～10a/dm2，佔空比20％～40％，通電反應20～30min；優選的，微弧氧化電源參數為電源頻率範圍500hz，電流密度6a/dm2，佔空比40％，通電反應30min。優選的，微弧氧化電源為雙向脈衝電源、單向脈衝電源或直流電源。優選的，微米級六方氮化硼添加劑的粒徑為0.1～10μm，濃度為1～50g/l。優選的，微米級六方氮化硼添加劑的粒徑為0.1～2μm濃度為1～25g/l。進一步優選的，微米級六方氮化硼的粒徑為0.1～0.9μm，濃度為1.5～12g/l。優選的，納米級六方氮化硼添加劑的粒徑為1～100nm，濃度為0.1～50g/l。優選的，納米級六方氮化硼添加劑的粒徑為10～90nm，濃度為0.1～25g/l。進一步優選的，納米級六方氮化硼添加劑的粒徑為40～60nm，濃度為0.1～2g/l。優選的，醋酸鹽電解液體系配方：醋酸鹽濃度為5～20g/l，六偏磷酸鹽濃度為2～10g/l，鎢酸鹽濃度為1～10g/l，乙二胺四乙酸鹽濃度為0.2～1g/l。進一步優選的，醋酸鹽電解液體系配方：醋酸鈉(acna)濃度為8～12g/l，六偏磷酸鈉((napo3)6)濃度為4～8g/l，鎢酸鈉(na2wo4)濃度為2～4g/l，乙二胺四乙酸二鈉(edta-2na)濃度為0.4～0.6g/l。最優選的，電解液配方：醋酸鈉濃度為12g/l，六偏磷酸鈉濃度為4g/l，鎢酸鈉濃度為4g/l，乙二胺四乙酸鹽濃度為0.5g/l，微米級六方氮化硼的添加量為10.5g/l。最優選的，電解液配方：醋酸鈉濃度為10g/l，六偏磷酸鈉濃度為6g/l，鎢酸鈉濃度為3g/l，乙二胺四乙酸鹽濃度為0.5g/l，納米級六方氮化硼的添加量為1.5g/l。優選的，鋁合金基體為6系鋁合金。優選的，鋁合金基體為6061鋁合金。優選的，鋁合金基體材料預處理方法：將其進行表面打磨，用丙酮去除表面的油脂，再在酒精中超聲波清洗，晾乾。一種摩擦零件，該摩擦零件表面覆蓋上述鋁合金表面微弧氧化塗層。本發明的有益效果：(1)本發明製備的鋁合金表面的微弧氧化塗層，六方氮化硼微粒存在於塗層中，具有高耐磨性和減磨性能。(2)本發明通過在醋酸鈉體系中添加添加劑六方氮化硼，在恆流工作模式下，對鋁合金進行微弧氧化處理，確定微弧氧化處理過程中的電參數，研發出以綜合性能較好的環保電解液體系，製得了摩擦性能較好的鋁合金表面陶瓷塗層，通過在鋁合金表面製備的膜層來增加其耐磨性加速鋁合金的進一步工業化應用。附圖說明圖1為h10微弧氧化膜層及h11複合微米級hbn氧化膜層的磨損量對比圖。圖2為h10微弧氧化膜層與h11複合hbn氧化膜層的摩擦係數對比圖。圖3為j10微弧氧化膜層與j11複合hbn氧化膜層的摩擦係數對比圖。圖4為j20微弧氧化膜層及j21複合微米級hbn氧化膜層的磨損量對比圖。圖5為j20微弧氧化膜層與j21複合微米級hbn氧化膜層的摩擦係數對比圖。圖6為j30微弧氧化膜層以及j31複合微米級hbn氧化膜層的磨損量。圖7為j30微弧氧化膜層與j31微米級複合hbn氧化膜層的摩擦係數對比圖。圖8為j30/j31、j20/j21磨損量對比圖。圖9為不同含量微米級hbn的複合氧化膜層的磨損量對比圖。圖10為納米級hbn的複合氧化膜層的摩擦係數曲線。圖11為納米級hbn的複合氧化膜層的磨損量。具體實施方式以下通過實施例對本發明特徵及其它相關特徵作進一步詳細說明，以便於同行業技術人員的理解：實施例11、基體材料的製備和預處理基體採用6061鋁合金，其主要成分如表1所示。用線切割方式將鋁合金板材切割成20mm×20mm×12mm的長方體小塊，用汽油將線切割過程中殘留在試樣表面的油汙洗掉。用鑽床在20mm×12mm的表面鑽孔，然後用絲錐攻絲，以便在微弧氧化實驗中易裝夾。實驗開始前試樣分別在400#、600#、1000#的砂紙上進行表面打磨，然後將試樣用丙酮去除表面的油脂，取出後擦去表面的油脂，再在酒精中超聲波清洗，然後用去離子水清洗，晾乾後使用。表16061鋁合金的化學成分組成(質量分數，％)mgsicucrfeznmntial0.8-1.20.4-0.80.15-0.40.04-0.35≤0.7≤0.25≤0.15≤0.15餘量2、電解液的配製主電解液體系選用acna+(napo3)6+na2wo4進行微弧氧化實驗，電解液的具體成分如表2所示。其中微米級hbn的中位粒徑為0.7μm，粒徑範圍為0.1～0.9μm。表2h11醋酸鹽體系的電解液配方試樣編號acna(g/l)(napo3)6(g/l)na2wo4(g/l)edta-2na(g/l)hbn(g/l)h1110630.54.53、塗層製備過程微弧氧化處理實驗採用哈爾濱工業大學自行研製的whd－30型微弧氧化設備。該設備主要由專用高壓電源、氧化系統、冷卻系統和攪拌系統四部分組成。將預處理並晾乾的基體置於電解液中作為正極，不鏽鋼槽作為負極，電解槽接電源負極。啟動冷卻系統通冷卻水循環保持電解液溫度控制在50℃以下，同時攪拌系統也處於開啟狀態以保證電解液的成分和溫度在反應過程中的均勻性。設定微弧氧化供電電源頻率為500hz，電流密度為6a/dm2，正佔空比為40％，正負脈衝數之比為1:1，實驗過程中的溫度控制在50℃以下。打開電源施加一定電流，待正、負向啟動按鈕綠燈亮後，電壓從零穩定升高，當電壓達到某一臨界值時，試樣表面開始出現微弧放電現象，微弧氧化開始。達到預先設定通電反應時間30min，電壓穩定降至零點。關閉電源，取出試樣並用浸泡在去離子水中進行清洗並在室溫下晾乾。4、實驗及膜層形成過程實驗時，先向燒杯中倒入1l左右去離子水，用電子天平依次稱量所需化學藥品，在室溫下按一定順序將稱量好的藥品依次倒入燒杯中，攪拌均勻至全部溶解，待加入的藥品完全溶解後再加入下一種藥品，此後再加去離子水至2l。通過對微弧氧化試驗現象的觀察，在acna+(napo3)6+na2wo4電解液體系中進行氧化實驗時，反應初期，電壓逐步升高，試樣表面產生大量細小氣泡，試樣的金屬光澤逐漸失去，此時試樣進入陽極氧化狀態，若在起弧前停止實驗取出試樣觀察，可以觀察到試樣表面首先生成一層薄薄的陽極氧化膜，隨著實驗電壓的升高，當電壓升高擊穿陽極氧化膜時，試樣表面開始產生大量細小的黃色火花，反應進入火花放電階段，之後隨著電壓逐漸升高，試樣表面弧光逐漸變大、增多，火花顏色由黃色變為橘黃色，此時反應進入微弧氧化階段，電解槽中發出試樣劇烈振動的嗡嗡聲和火花的爆鳴聲，電解液開始產生大量氣泡，電解液溫度亦明顯上升。隨著反應的進行，電流保持不變，電壓繼續升高，噪聲逐漸變大，氧化膜的厚度逐漸增大，膜層擊穿變得更加困難，因此電壓繼續升高，而反應也越來越劇烈，弧光依然為橙色且較之前更亮，直到反應時間到達，反應停止。反應結束後，去除試樣清洗烘乾，可在試樣表面觀察到一層黑灰色的氧化膜層。實施例21、基體材料的製備和預處理同實施例1操作。2、電解液的配製主電解液體系選用acna+(napo3)6+na2wo4進行微弧氧化實驗，電解液的具體成分如表3所示。其中微米級hbn的中位粒徑為0.7μm，粒徑範圍為0.1～0.9μm。表3j11醋酸鹽體系的電解液配方試樣編號acna(g/l)(napo3)6(g/l)na2wo4(g/l)edta-2na(g/l)hbn(g/l)j1112630.54.53、塗層製備過程微弧氧化處理同實施例1操作。4、實驗及膜層形成過程同實施例1操作。實施例31、基體材料的製備和預處理同實施例1操作。2、電解液的配製主電解液體系選用acna+(napo3)6+na2wo4進行微弧氧化實驗，電解液的具體成分如表4所示。其中微米級hbn的中位粒徑為0.7μm，粒徑範圍為0.1～0.9μm。表4j21醋酸鹽體系的電解液配方試樣編號acna(g/l)(napo3)6(g/l)na2wo4(g/l)edta-2na(g/l)hbn(g/l)j2112430.54.53、塗層製備過程微弧氧化處理同實施例1操作。4、實驗及膜層形成過程同實施例1操作。實施例41、基體材料的製備和預處理同實施例1操作。2、電解液的配製主電解液體系選用acna+(napo3)6+na2wo4進行微弧氧化實驗，電解液的具體成分如表5所示。其中微米級hbn的中位粒徑為0.7μm，粒徑範圍為0.1～0.9μm。表5j31醋酸鹽體系的電解液配方試樣編號acna(g/l)(napo3)6(g/l)na2wo4(g/l)edta-2na(g/l)hbn(g/l)j3112440.54.53、塗層製備過程微弧氧化處理同實施例1操作。4、實驗及膜層形成過程同實施例1操作。實施例51、基體材料的製備和預處理同實施例1操作。2、電解液的配製主電解液體系選用acna+(napo3)6+na2wo4進行微弧氧化實驗，電解液的具體成分如表6所示。其中微米級hbn的中位粒徑為0.7μm，粒徑範圍為0.1～0.9μm。表6k11醋酸鹽體系的電解液配方試樣編號acna(g/l)(napo3)6(g/l)na2wo4(g/l)edta-2na(g/l)hbn(g/l)k1112440.51.53、塗層製備過程微弧氧化處理同實施例1操作。4、實驗及膜層形成過程同實施例1操作。實施例61、基體材料的製備和預處理同實施例1操作。2、電解液的配製主電解液體系選用acna+(napo3)6+na2wo4進行微弧氧化實驗，電解液的具體成分如表7所示。其中微米級hbn的中位粒徑為0.7μm，粒徑範圍為0.1～0.9μm。表7k12醋酸鹽體系的電解液配方試樣編號acna(g/l)(napo3)6(g/l)na2wo4(g/l)edta-2na(g/l)hbn(g/l)k1212440.57.53、塗層製備過程微弧氧化處理同實施例1操作。4、實驗及膜層形成過程同實施例1操作。實施例71、基體材料的製備和預處理同實施例1操作。2、電解液的配製主電解液體系選用acna+(napo3)6+na2wo4進行微弧氧化實驗，電解液的具體成分如表8所示。其中微米級hbn的中位粒徑為0.7μm，粒徑範圍為0.1～0.9μm。表8k13醋酸鹽體系的電解液配方試樣編號acna(g/l)(napo3)6(g/l)na2wo4(g/l)edta-2na(g/l)hbn(g/l)k1312440.510.53、塗層製備過程微弧氧化處理同實施例1操作。4、實驗及膜層形成過程同實施例1操作。實施例81、基體材料的製備和預處理同實施例1操作。2、電解液的配製主電解液體系選用acna+(napo3)6+na2wo4進行微弧氧化實驗，電解液的具體成分如表9所示。其中hbn粉末的中位粒徑為50nm，粒徑範圍為10～90nm。表9h1醋酸鹽體系的電解液配方試樣編號acna(g/l)(napo3)6(g/l)na2wo4(g/l)edta-2na(g/l)hbn(g/l)h110630.51.53、塗層製備過程微弧氧化處理同實施例1操作。4、實驗及膜層形成過程同實施例1操作。對比例1用微弧氧化法，具體步驟同實施例1：但是一步電解液體系濃度選用表10電解液體系的成分和濃度。表10h10醋酸鹽體系的電解液配方試樣編號acna(g/l)(napo3)6(g/l)na2wo4(g/l)edta-2na(g/l)hbn(g/l)h1010630.50對比例2用微弧氧化法，具體步驟同實施例1：但是一步電解液體系濃度選用表11電解液體系的成分和濃度。表11j10醋酸鹽體系的電解液配方試樣編號acna(g/l)(napo3)6(g/l)na2wo4(g/l)edta-2na(g/l)hbn(g/l)j1012630.50對比例3用微弧氧化法，具體步驟同實施例1：但是一步電解液體系濃度選用表12電解液體系的成分和濃度。表12j20醋酸鹽體系的電解液配方試樣編號acna(g/l)(napo3)6(g/l)na2wo4(g/l)edta-2na(g/l)hbn(g/l)j2012430.50對比例4用微弧氧化法，具體步驟同實施例1：但是一步電解液體系濃度選用表13電解液體系的成分和濃度。表13j30醋酸鹽體系的電解液配方試樣編號acna(g/l)(napo3)6(g/l)na2wo4(g/l)edta-2na(g/l)hbn(g/l)j3012440.50對比例5用微弧氧化法，具體步驟同實施例1：但是一步電解液體系濃度選用表14電解液體系的成分和濃度。表14k10醋酸鹽體系的電解液配方試樣編號acna(g/l)(napo3)6(g/l)na2wo4(g/l)edta-2na(g/l)hbn(g/l)k1012440.50對比例6用微弧氧化法，具體步驟同實施例1：但是一步電解液體系濃度選用表15電解液體系的成分和濃度。表15h0醋酸鹽體系的電解液配方試樣編號acna(g/l)(napo3)6(g/l)na2wo4(g/l)edta-2na(g/l)hbn(g/l)h010630.50效果對比實驗數據：按照上述方法得到了微弧氧化膜，為了說明本發明方法得到的膜層優越的耐磨性，此處將實施例1和同一實驗批次的對比例1、實施例2和對比例2、實施例3和對比例3、實施例4和同一實驗批次的對比例4、實施例5-7和同一實驗批次的對比例5、實施例8和同一實驗批次的對比例6膜層的性能進行對比，試驗結果如下：研究方法1、摩擦係數測試採用蘭州中科凱華科技開發有限公司生產的ht-1000磨損試驗機來進行微弧氧化層的磨損試驗，磨球採用gcr15鋼球，磨損直徑為3mm，電機頻率為5.0hz，轉速280r/min，載荷為2n，摩擦時間為20min。2、耐磨性測試採用蘭州中科凱華科技開發有限公司生產的ht-1000磨損試驗機來進行微弧氧化層的磨損試驗，磨球採用gcr15鋼球，磨損直徑為5mm，電機頻率為5.0hz，轉速280r/min，載荷為2n，摩擦時間為20min。研究結果圖1為h10微弧氧化膜層及h11複合微米級hbn氧化膜層的磨損量對比圖。圖2為h10微弧氧化膜層與h11複合hbn氧化膜層的摩擦係數對比圖。表16為h10微弧氧化膜層及h11複合微米級hbn氧化膜層的磨損量。表17為h10微弧氧化膜層及h11複合微米級hbn氧化膜層的平均摩擦係數。表16h10微弧氧化膜層及h11複合微米級hbn氧化膜層的磨損量樣品編號磨損前(g)磨損後(g)磨損量(g)h1026.44226.43740.0046h1127.089227.08850.0007表17為h10微弧氧化膜層及h11複合微米級hbn氧化膜層的平均摩擦係數試樣編號h10h11平均摩擦係數0.516810.30924在圖2、表17中可以看出，電解液中未添加微米級hbn的微弧氧化塗層的摩擦係數較大，為0.51681；而在電解液中添加微米級hbn後塗層的摩擦係數出現了大幅下降，為0.30924，下降比例為40.16％。在圖1、表16中可以看出，複合hbn氧化膜層的磨損量和初始氧化膜層相比下降明顯，其磨損失重率為3.5×10-5g/min，其磨損量同未添加微米級hbn的氧化膜層相比下降了84.78％。由於hbn穩定性較好，在微弧氧化過程中由放電通道噴射出的熔融物冷卻時，hbn會進入熔融物中，並殘留於塗層當中，同時由於微弧氧化塗層的多孔結構，部分hbn也會以物理吸附的形式進入塗層的孔隙中。因此，在磨損過程中，塗層中的hbn由於其摩擦係數較小，會在塗層的表面產生了潤滑的效果，從而使得塗層總體的摩擦係數出現了大幅度的降低，磨損量同樣出現了大幅下降，結果表明在電解液中添加微米級hbn可以明顯降低微弧氧化塗層的摩擦係數和磨損量，提高塗層的減磨性和耐磨性。圖3為j10微弧氧化膜層與j11複合hbn氧化膜層的摩擦係數對比圖。表18為多種濃度的醋酸鹽體系的微米級hbn複合氧化膜層平均摩擦係數。表18多種濃度的醋酸鹽體系的微米級hbn複合氧化膜層的平均摩擦係數試樣編號j10j11j20j21j30j31平均摩擦係數0.570270.356270.599990.314150.547330.21688從表18、圖3中可以看出，在j10/j11的對比中，未添加微米級hbn的氧化膜層摩擦係數較高，為0.57207，且整體摩擦係數曲線呈前期迅速升高而後期緩慢下降趨勢；而添加微米級hbn的氧化膜層的摩擦係數前期升高速度較慢，後期相對較為穩定且數值較低，為0.35627，平均摩擦係數值下降比例為37.72％，複合hbn氧化膜層的摩擦係數下降明顯，減磨效果明顯。圖4為j20微弧氧化膜層及j21複合微米級hbn氧化膜層的磨損量對比圖。圖5為j20微弧氧化膜層與j21複合微米級hbn氧化膜層的摩擦係數對比圖。表19為j20微弧氧化膜層以及j21複合微米級hbn氧化膜層的磨損量。表19j20微弧氧化膜層以及j21複合微米級hbn氧化膜層的磨損量樣品編號磨損前(g)磨損後(g)磨損量(g)j2012.306212.30440.0018j2111.884311.88280.0015從表18、圖5中來看，在j20/j21的對比中，未添加微米級hbn的氧化膜層摩擦係數較高，平準值為0.59999，且整體摩擦係數曲線呈前期略微升高而後期緩慢下降趨勢；而添加微米級hbn的氧化膜層的摩擦係數較低，為0.31451，整體摩擦係數曲線趨勢同對比組未添加微米級hbn的氧化膜層的摩擦係數趨勢相似，平均摩擦係數降低了47.58％，複合微米級hbn氧化膜層的減磨效果非常突出。從表19、圖4中可以看出，複合微米級hbn氧化膜層的磨損量較未添加微米級hbn的氧化膜層相比有著一定程度的下降，其磨損失重率為7.5×10-5g/min，其磨損量同不含微米級hbn的膜層相比降低16.67％。從j20/j21組同j10/j11組相比來看，僅僅是電解液濃度中(napo3)6的濃度不同，其中j20/j21組的濃度為4g/l，j10/j11組的濃度為6g/l。但是j20/j21組同j10/j11組相比下平均摩擦係數下降比例出現提升，由37.72％上升至47.58％，即減磨耐磨性能提升。這可能是因為：六偏磷酸鈉作為微弧氧化電解液體系中的螯合劑，可以調節電解液的穩定性、基體最初的鈍化狀態和塗層性能。有研究者發現微弧氧化電解液中添加(napo3)6可以使膜層的緻密度以及厚度均有明顯的增加。也有研究者發現六偏磷酸鈉含量較低時膜層薄而緻密，隨著六偏磷酸鈉含量的增加膜層厚度增厚，孔洞及裂紋增多；溶液中過量的六偏磷酸鈉導致微弧氧化過程中局部放電較大，從而破壞膜層的結構及緻密性；在六偏磷酸鈉低濃度下形成鈍化膜薄而緻密，高濃度條件下形成鈍化膜疏鬆，磷酸鹽參與形成鈍化膜導致初始鈍化膜緻密性下降，進而影響後續膜層質量。當(napo3)6的濃度較高時，膜層表面空洞和裂紋過多，且氧化初始階段形成的鈍化膜略有疏鬆，導致穩定的微米級hbn過量進入膜層，導致其本身就疏鬆、裂紋過多的膜層更加潤滑使膜層質量變差，而減磨效果變差。隨著(napo3)6濃度的下降，複合微米級hbn氧化膜層的摩擦係數數值呈下降趨勢，而且磨損量同樣呈下降趨勢。因此在一定範圍內複合微米級hbn氧化膜層的減磨耐磨性都隨著(napo3)6濃度的下降而提高。圖6為j30微弧氧化膜層以及j31微米級複合hbn氧化膜層的磨損量。圖7為j30微弧氧化膜層與j31微米級複合hbn氧化膜層的摩擦係數對比圖。圖8為j30/j31、j20/j21磨損量對比圖。表20為j30微弧氧化膜層以及j31複合微米級hbn氧化膜層的磨損量。表20j30微弧氧化膜層以及j31複合微米級hbn氧化膜層的磨損量樣品編號磨損前(g)磨損後(g)磨損量(g)j3011.330311.32840.0019j3112.263912.2630.0009從表18、圖7中可以看出，在j30/j31的對比中，未添加微米級hbn的氧化膜層摩擦係數較高，為0.54733，摩擦係數的整體趨勢為前期略有波動，後期緩慢下降；而添加微米級hbn的氧化膜層的摩擦係數較低，為0.21688，整體摩擦係數曲線呈現出前期稍有上升而後期緩慢下降的趨勢，複合微米級hbn氧化膜層的摩擦係數數值下降明顯，摩擦係數下降比例為60.37％，減磨效果極為突出。從表20、圖6中可以看出，複合微米級hbn其磨損失重率為4.5×10-5g/min，其磨損量與不含微米級hbn的膜層相比降低52.63％，耐磨效果好。從j30/j31組同j20/j21組相比來看，僅僅是電解液濃度中na2wo4的濃度不同，其中j30/j31組的na2wo4濃度為3g/l，j20/j21組的na2wo4濃度為4g/l。但是j30/j31組同j20/j21組相比下平均摩擦係數下降比例出現提升，由47.58％上升至60.37％，且磨損失重率由7.5×10-5g/min下降至4.5×10-5g/min，磨損量降低比例由16.67％上升至68.57％。其中磨損量對比由圖8所示。這可能是因為：na2wo4作為電解液體系的添加劑，可以降低擊穿電壓，減少能量的消耗，同時能提高膜層的緻密性。當na2wo4的濃度較低時，在微弧氧化前期，擊穿電壓相對較高，在恆流模式下，起弧時間過長，形成的膜層相對疏鬆，導致相對大量的微米級hbn進入熔融物中，膜層更加鬆散。過量微米級hbn進入複合氧化膜層同樣導致膜層的緻密性降低，磨損量提升，減磨效果變差。當na2wo4的濃度升高，膜層的緻密性更好，相對少量的微米級hbn進入膜層，其均勻的分布在膜層內，使複合微弧氧化膜層的摩擦係數平穩且數值較小，磨損量同樣減小，耐磨效果提升。因此在一定範圍內隨著na2wo4濃度的升高，複合微米級hbn膜層的減磨耐磨性提升。圖9為不同含量微米級hbn的複合氧化膜層的磨損量對比。表21為不同含量微米級hbn的複合氧化膜層的平均摩擦係數值。表22為不同含量微米級hbn的複合氧化膜層的磨損量。表21不同含量微米級hbn的複合氧化膜層的平均摩擦係數試樣編號k10k11k12k13平均摩擦係數0.497420.452600.418740.29195表22不同含量微米級hbn的複合氧化膜層的磨損量樣品編號磨損前(g)磨損後(g)磨損量(g)k1011.509011.50510.0039k1111.592411.58910.0033k1211.814911.81340.0015k1312.232712.23180.0009在表21中看出，加入微米級hbn的複合氧化膜層的摩擦係數和不添加微米級hbn的微弧氧化膜層相比均有所降低，這說明在電解液體系中加入不同含量的微米hbn均可以降低摩擦係數，提高膜層的減磨性。在表21、表22、圖9中可以看出，未添加微米級hbn的氧化膜層摩擦係數較高，為0.49742。當微米級hbn的添加量為1.5g/l時，複合微米級hbn的氧化膜層的摩擦係數較低，為0.45260，摩擦係數數值略有下降，摩擦係數下降比例為9.01％；磨損失重率為16.5×10-5g/min，磨損量下降比例為15.38％，可以得出此複合微弧氧化膜層有一定的減磨耐磨作用。當微米級hbn的添加量為7.5g/l時，複合微米級hbn的氧化膜層的摩擦係數較低，為0.41874，摩擦係數數值相比有一定程度的下降但是不夠明顯，摩擦係數下降比例為15.82％；磨損失重率為7.5×10-5g/min，磨損量下降比例為61.54％，可以得出複合微弧氧化膜層有較好的減磨耐磨作用。當微米級hbn的添加量為10.5g/l時，複合微米級hbn的氧化膜層的摩擦係數較低，為0.29195，摩擦係數數值下降明顯，摩擦係數下降比例為41.31％；磨損失重率為4.5×10-5g/min，磨損量降低76.92％，可以得出複合微弧氧化膜層有很好的減磨耐磨作用。可以看出，在膜層中添加不同含量的微米級hbn時，複合微弧氧化膜層的減磨耐磨性都有著明顯的效果。表23為納米級hbn的複合氧化膜層的平均摩擦係數值。表24為納米級hbn的複合氧化膜層的磨損量。圖10為納米級hbn的複合氧化膜層的摩擦係數曲線。圖11為納米級hbn的複合氧化膜層的磨損量。表23納米級hbn的複合氧化膜層的平均摩擦係數值試樣編號平均摩擦係數h00.58911h10.38596表24納米級hbn的複合氧化膜層的磨損量樣品編號磨損前(g)磨損後(g)磨損量(g)h024.809124.80790.0012h124.97524.97430.0007從圖10、表23中可以看出，加入納米級hbn的複合氧化膜層的摩擦係數和不添加hbn的氧化膜層相比有所降低，這說明在電解液體系中加入納米級hbn製備的複合氧化膜層同樣可以降低摩擦係數，提高膜層的減磨性。其中未添加納米級hbn的氧化膜層摩擦係數較高，為0.58911；而添加納米級hbn的氧化膜層的摩擦係數較低，為0.38596，複合納米級hbn氧化膜層的摩擦係數數值下降明顯，摩擦係數下降比例為34.48％。從圖11、表24中可以看出，複合納米級hbn氧化膜層的磨損失重率為3.5×10-5g/min，磨損量下降41.67％，其減磨耐磨性能較好。即得出，當添加劑為納米級hbn時，複合微弧氧化膜層的減磨耐磨效果也較好。從h0/h1組同k10/k11組相比來看，其中hbn的粒徑不同，h0/h1組為納米級hbn，k10/k11組為微米級hbn。但是h0/h1組同k10/k11組相比下平均摩擦係數下降比例出現提升，由9.01％上升至34.48％，且磨損失重率由16.5×10-5g/min下降至3.5×10-5g/min，磨損量降低比例由15.38％上升至41.67％。由於納米級hbn同微米級hbn相比其粒徑小，在電解液中分散度更好，在微弧氧化過程中能更多量的進入膜層，在複合膜層中的分布更為均勻、彌散，納米級hbn複合氧化膜層的減摩耐磨性能顯著優於微米級hbn複合氧化膜層的減磨耐磨性能。最後應該說明的是，以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。上述雖然結合對本發明的具體實施方式進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。當前第1頁12