アルミニウム合金の表面処理技術

1酸化処理

酸化処理は主に陽極酸化、化学的酸化、マイクロアーク酸化です。 Xu Lingyun etal。 [1]は、356つの異なる性能を実行することにより、AXNUMXアルミニウム合金の機械的特性と耐食性を研究しました 表面処理s：化学的酸化、陽極酸化、マイクロアーク酸化。 SEM技術、耐摩耗性試験、耐食性試験、XNUMX回後のアルミニウム合金の表面形態、酸化物層の厚さ、耐摩耗性、耐食性 表面処理sを詳細に分析し、比較しました。 結果は、異なる後 表面処理s、アルミニウム合金の表面はさまざまな厚さの酸化膜を形成でき、表面の硬度と耐摩耗性が大幅に向上し、合金の耐食性もさまざまな程度に向上します。 全体的な性能に関しては、マイクロアーク酸化は陽極酸化よりも優れており、陽極酸化は化学的酸化よりも優れています。

1.1陽極酸化

陽極酸化は電解酸化とも呼ばれ、本質的に電気化学的酸化処理です。 電解槽の陽極にはアルミニウムとアルミニウム合金を使用しており、電源投入後、アルミニウム表面に酸化皮膜（主にAl 2 O 3層）が形成されます。 陽極酸化により得られた酸化皮膜は、優れた耐食性、安定したプロセス、容易な促進性を備えています。 これは、現代の私の国におけるアルミニウムおよびアルミニウム合金の最も基本的で最も一般的な表面処理方法です。 陽極酸化皮膜には多くの特徴があります。酸化皮膜のバリア層は、硬度、耐摩耗性、耐食性、絶縁性、化学的安定性が高く、コーティングのベース膜として使用できます。 酸化皮膜にはピンホールが多く、使用可能です。アルミニウム表面の装飾性能を高めるために、さまざまな染色や着色に使用されます。 酸化皮膜の熱伝導率は非常に低く、優れた断熱性と耐熱性の保護層です。 しかし、現在のアルミニウムおよびアルミニウム合金の陽極酸化では、通常、酸化剤としてクロム酸塩が使用されているため、大きな環境汚染が発生します。

アルミニウムおよびアルミニウム合金の陽極酸化に関する現在の研究では、特定の金属イオンの特性を使用してアルミニウムおよびアルミニウム合金の特性を最適化することにも注意が払われています。 たとえば、Tian Lianpeng [2]は、イオン注入技術を使用してアルミニウム合金の表面にチタンを注入し、さらに陽極酸化を行ってアルミニウム-チタン複合陽極酸化皮膜層を得ました。これにより、陽極酸化皮膜の表面がより平坦で均一になりました。 、アルミニウム合金の陽極酸化を改善しました。 フィルムの密度; チタンイオン注入は、酸性およびアルカリ性のNaCl溶液中でのアルミニウム合金陽極酸化膜の耐食性を大幅に向上させることができますが、アルミニウム合金陽極酸化膜のアモルファス構造には影響しません。 ニッケルイオン注入により、アルミニウム陽極酸化膜の表面構造と形態がより緻密で均一になります。 注入されたニッケルは、アルミニウム合金の陽極酸化皮膜中に金属ニッケルと酸化ニッケルの形で存在します。

1.2化学酸化

化学酸化とは、特定の温度条件下で化学作用により、きれいなアルミニウム表面が酸化溶液中の酸素と相互作用して緻密な酸化膜を形成するコーティング方法を指します。 溶液の性質に応じて、アルミニウムおよびアルミニウム合金には多くの化学的酸化方法があります
それはアルカリ性と酸性に分けることができます。 フィルムの性質に応じて、酸化フィルム、リン酸塩フィルム、クロム酸塩フィルム、クロム酸-リン酸塩フィルムに分けることができます。 アルミニウムおよびアルミニウム合金部品の化学酸化によって得られる酸化皮膜の厚さは約0.5〜4μmです。 陽極酸化皮膜に比べて耐摩耗性、耐食性に劣ります。 単独での使用には適していませんが、一定の耐食性と優れた物性を備えています。 吸収能力は塗装の良い入門書です。 アルミニウムとアルミニウム合金の化学酸化後の塗装は、基板とコーティングの間の結合力を大幅に改善し、アルミニウムの耐食性を高めることができます[3]。

1.3マイクロアーク酸化法

マイクロアーク酸化技術は、マイクロプラズマ酸化技術またはアノードスパーク堆積技術としても知られています。これは、金属およびその合金の表面でのマイクロプラズマ放電による一種のその場成長です。 酸化
セラミック膜の新技術。 この技術によって形成された表面フィルムは、基板との強い接着力、高い硬度、耐摩耗性、耐食性、高い耐熱衝撃性、フィルムの良好な電気絶縁性、および高い絶縁破壊電圧を備えています。 それだけでなく、この技術は非常に高いエネルギー密度のマイクロプラズマアーク加熱の高度な加熱方法を採用しており、マトリックス構造に影響を与えず、プロセスが複雑でなく、環境汚染を引き起こしません。 有望な新素材表面処理技術です。 これは、国際的な材料表面工学技術の分野における研究のホットスポットになりつつあります。 Zhang Juguo etal。 

中古 アルミニウムの機械加工 試験材料として合金LY12を使用し、MAO240 / 750マイクロアーク酸化装置、TT260厚さゲージ、およびAMARY-1000B走査型電子顕微鏡を使用して、セラミック層に対するアーク電圧、電流密度、および酸化時間の影響を調べました。 パフォーマンスへの影響。 Na 2 SiO 3電解質を用いた一連のアルミニウム合金マイクロアーク酸化プロセス実験を通じて、マイクロアーク酸化プロセス中のセラミック酸化膜の成長則、およびセラミック酸化物の品質に対する異なる電解質組成と濃度の影響フィルムが研究されています。 アルミニウム合金表面のマイクロアーク酸化は、最初の酸化膜の電気化学的形成と、その後のセラミック膜の破壊を含む非常に複雑なプロセスであり、熱化学、電気化学、光、電気、および熱の物理的影響が含まれます。 。 

プロセスは、基板自体の材質、電源パラメータ、電解質パラメータの影響を受け、オンラインでの監視が難しく、理論研究が困難になります。 そのため、これまでのところ、さまざまな実験現象を十分に説明できる理論モデルはなく、そのメカニズムの研究にはさらなる研究と改善が必要です。

2電気めっきおよび化学めっき

電気めっきは、化学的または電気化学的方法によってアルミニウムおよびアルミニウム合金の表面に他の金属コーティングの層を堆積させることであり、これはアルミニウム合金表面の物理的または化学的特性を変える可能性がある。 水面

導電率; 銅、ニッケル、またはスズのメッキは、アルミニウム合金の溶接性を向上させることができます。 溶融スズまたはアルミニウム-スズ合金は、アルミニウム合金の潤滑性を向上させることができます。 一般に、クロムメッキまたはニッケルメッキを施したアルミニウム合金の表面硬度と耐摩耗性を向上させます。 クロムまたはニッケルメッキもその装飾を改善することができます。 アルミニウムは電解液中で電解してコーティングを形成することができますが、コーティングは簡単に剥がれます。 この問題を解決するために、亜鉛化合物を含む水溶液にアルミニウムを堆積させてコーティングすることができます。 亜鉛浸漬層は、アルミニウムとその合金マトリックスおよびその後のコーティングを橋渡しするためのものです。 重要な橋、Feng Shaobin etal。 [7]は、アルミニウム基板上の亜鉛浸漬層の用途とメカニズムを研究し、亜鉛浸漬プロセスの最新技術と用途を紹介しました。 亜鉛に浸漬した後の電気めっきは、アルミニウムの表面に薄い多孔質膜を形成し、次に電気めっきすることもできます。

無電解めっきとは、金属塩と還元剤を共存させた溶液中で、自己触媒化学反応により金属表面に金属コーティングを施す皮膜形成技術のことです。 その中で最も広く使用されているのは無電解Ni-P合金めっきです。 電気めっきプロセスと比較して、無電解めっきは

得られたNi-P合金は、汚染プロセスが非常に低く、クロムめっきの優れた代替品です。 しかし、無電解めっきのプロセス装置は多く、材料の消費量が多く、操作時間が長く、作業手順が煩雑で、めっき部品の品質を保証することは困難です。 たとえば、Feng Liming etal。 [8]は、6063アルミニウム合金の組成に基づいて、脱脂、亜鉛浸漬、水洗などの前処理ステップのみを含む無電解ニッケル-リン合金めっきのプロセス仕様を研究しました。 実験結果は、プロセスが単純で、無電解ニッケル層が高光沢、強力な結合力、安定した色、緻密なコーティング、10％から12％のリン含有量を持ち、めっき状態の硬度が500HV以上に達する可能性があることを示しています。これはアノードのそれよりはるかに高いです。 酸化物層[8]。 無電解Ni-P合金めっきに加えて、YangErbingによって研究されたNi-Co-P合金などの他の合金があります[9]。 このフィルムは、保磁力が高く、残留磁気が小さく、電磁変換に優れています。 特徴は、無電解めっきで、高密度ディスクおよび他の分野で使用することができます

Ni-Co-P法は、あらゆる複雑な形状の基板上で均一な厚さと磁性合金膜を得ることができ、経済性、低エネルギー消費、および便利な操作という利点があります。

3表面コーティング

3.1レーザークラッディング

近年、アルミニウム合金表面のレーザークラッディング処理に高エネルギービームレーザーを使用すると、アルミニウムおよびアルミニウム合金表面の硬度と耐摩耗性を効果的に向上させることができます。 たとえば、5kWのCO 2レーザーは、ZA111合金の表面のNi-WCプラズマコーティングを被覆するために使用されます。 得られたレーザー融着層は硬度が高く、耐潤滑性、耐摩耗性、耐摩耗性はレーザー処理なしの溶射コーティングの1.75倍、Al-Si合金マトリックスの2.83倍です。 Zhao Yong [11]は、アルミニウムおよびアルミニウム合金基板にCO2レーザーを使用しました

それはYおよびY-Al粉体塗装でコーティングされ、粉体はプリセット粉体塗装法によって基板の表面にコーティングされ、レーザー浴はアルゴンで保護され、一定量のCaF 2、LiFおよびMgF2はスラグ形成剤として添加特定のレーザークラッディングプロセスパラメータの下で、冶金学的界面を備えた均一で連続的な高密度コーティングを得ることができます。 Lu Weixin [12]は、CO 2レーザーを使用して、アルミニウム合金基板上にレーザークラッディング法によりAl-Si粉体塗装、Al-Si + SiC粉体塗装、Al-Si + Al 2 O3粉体塗装を作成しました。 、アルブロンズ粉体塗装。 張松他[13] AA2 6 0アルミニウムで6k Wの連続Nd：YAGレーザーを使用

合金の表面はSiCセラミック粉末でレーザークラッディングされており、表面金属マトリックス複合材（MMC）改質層は、レーザー溶融処理によってアルミニウム合金の表面に作成できます。

3.2複合コーティング

優れた減摩および耐摩耗性を備えた自己潤滑性アルミニウム合金複合コーティングは、エンジニアリング、特に最先端技術の分野で優れた用途の見通しを持っています。 そのため、細孔マトリックス構造の多孔質アルミナ膜も注目を集めています。 注意、アルミニウム合金複合コーティング技術は、現在の研究のホットスポットの14つになっています。 Qu Zhijian [6063]は、アルミニウムと6063アルミニウム合金の複合自己潤滑コーティング技術を研究しました。 主なプロセスは、アルミニウムと15アルミニウム合金に硬質アルマイトを施した後、溶融亜鉛めっき法を使用してPTFE粒子を酸化膜の細孔に導入することです。 そして表面は、真空精密熱処理後、複合コーティングが形成されます。 Li Zhenfang [66]は、自動車に適用されるアルミニウム合金ホイールの表面に樹脂塗装コーティングと電気めっきプロセスを組み合わせた新しいプロセスを研究しました。 CASS試験時間は3時間、ブリスター率は3％以下、銅漏れ率は10％以下、ダイナミックバランスは20〜XNUMXg減少し、樹脂塗料と金属コーティングは美しい外観をしています。

4その他の方法

4.1イオン注入法

イオン注入法では、高エネルギーのイオンビームを使用して、真空状態でターゲットに衝撃を与えます。 ほぼすべてのイオン注入を実現できます。 注入されたイオンは中和され、固溶体の置換位置またはギャップ位置に残されて、不均衡な表面層を形成します。 アルミニウム合金

表面硬度、耐摩耗性、耐食性が向上しています。 マグネトロンスパッタリング純チタンとそれに続くPB11窒素/炭素注入により、改質表面の微小硬度を大幅に向上させることができます。 マグネトロンスパッタリングと窒素注入を組み合わせると、基板の硬度を180HVから281.4HVに上げることができます。 炭素注入と組み合わせたマグネトロンスパッタリングは、342HVに増加する可能性があります[16]。 マグネトロンスパッタリング純チタンとそれに続くPB11窒素/炭素注入により、改質表面の微小硬度を大幅に向上させることができます。 Liao Jiaxuan etal。 [17] LY12アルミニウム合金のプラズマベースのイオン注入に基づいてチタン、窒素、および炭素の複合注入を実行し、大幅な修正効果を達成しました。 重慶大学のZhangShengtaoとHuangZongqing [18]は、アルミニウム合金にチタンイオン注入を実施しました。 結果は、アルミニウム合金の表面へのチタンイオン注入が、塩化物イオン腐食に対する耐性を改善する効果的な方法であり、塩化物イオン腐食に対するアルミニウム合金の能力を改善できることを示した。 NaClおよびその他の溶液中のアルミニウム合金の不動態化ポテンシャル範囲を広げ、塩化物イオンによって腐食された腐食孔の密度とサイズを減らします。

4.2希土類化成皮膜

希土類表面化成皮膜はアルミニウム合金の耐食性を向上させることができ、プロセスは主に化学浸漬です。 希土類は、アルミニウム合金の陽極酸化に有益です。 アルミニウム合金の分極を受け入れる能力を高め、同時に酸化膜の耐食性を向上させます。 したがって、希土類は

アルミニウム合金の表面処理は、開発の見通しが良い[19]。 Shi Tie etal。 [20]は、電解蒸着によって防錆アルミニウムLF21の表面にセリウム塩変換膜を形成するプロセスを研究しました。 直交実験を使用して、膜形成プロセスに対する関連要因の影響を研究し、最良の技術的パラメーターが得られました。 結果は、防錆アルミニウムの陽極腐食プロセスが希土類変換膜の電解堆積の処理後にブロックされ、その耐食性が大幅に改善され、親水性も大幅に改善されることを示しています。 Zhu Liping etal。 [21]走査型電子顕微鏡（SEM）、エネルギー分光法（EMS）、および塩水噴霧試験法を使用して、アルミニウム合金希土類セリウム塩化成皮膜の耐食性に関する構造、組成、およびコンパクトさを体系的に研究しました。 影響。 研究結果は、フィルム中の希土類セリウム元素がアルミニウム合金の孔食挙動を効果的に抑制し、その耐食性を大幅に改善することを示しています。

耐食性が決定的な役割を果たします。 今日、アルミニウムおよびアルミニウム合金のさまざまな表面処理方法があり、それらの機能はますます強くなっており、生活、医療、工学、航空宇宙、計装、電子機器、食品および軽工業などが必要です。 将来的には、アルミニウムおよびアルミニウム合金の表面処理は、プロセスフローが単純で、品質が安定し、大規模で、省エネで、環境に優しいものになるでしょう。

方向性開発。 変換率の高いエステル・アミド交換反応のブロック共重合体です。 Korshak etal。 [11]は、1％PbO 2または2％PbO 2を触媒として使用し、260度で3〜8時間加熱すると、ポリエステルとポリアミドの間の反応も発生することを報告しました。 エステル-アミド交換反応は、ブレンドシステムの適合性に一定の影響を及ぼします。 Xie Xiaolin、LiRuixiaなど[12]ソリューションを使用

方法、単純な機械的混合（溶解方法1）、PETとPA66を混合するためのエステル-アミド交換反応混合方法（溶解方法）の存在、体系的なDSC分析、およびPET / PA66混合システムの適合性がある程度議論されました。 結果は、PET / PA66ブレンドシステムが熱力学的に不適合なシステムであり、溶融ブレンドの適合性が溶液ブレンドの適合性よりも優れており、PET / PA66ブレンドによって生成されたブロック共重合体が66つの相適合性と互換性があることを示しています改善されました。 PA66含有量の増加に伴い、ブレンドの融点は低下しました。 反応によって形成されたPET / PA66ブロック共重合体は、PET相の結晶化に対するPA1の核形成効果を高め、溶融をもたらします。フレンチブレンドの結晶化度は、溶融法13ブレンドの結晶化度よりも高くなっています。 Zhu Hong etal。 [6]ナイロン6とPET間のエステル-アミド交換反応の触媒としてp-トルエンスルホン酸（TsOH）とチタン酸カップリング剤を使用し、ナイロン-6 / PETブレンドのその場での相溶化を実現しました。 走査型電子顕微鏡観察結果の目的は、ナイロン-XNUMX / PETブレンドが相溶性の低い結晶相分離システムであることを示しています。 p-トルエンスルホン酸とチタン酸塩カップリング剤を触媒として添加して、その場でのブロック形成を促進します。コポリマーは、XNUMXつの相間の界面結合を高め、分散相を精製して均一に分散させ、ブレンドの亀裂伝播機能を高めるのに役立ちます。 。 どちらも、ブレンドの適合性を改善し、XNUMXつの相の界面接着力を高めるのに役立ちます。

2 Outlook

近年、国内の研究者はポリアミド/ポリエステルブレンドについて多くの研究を行い、多くの有用な結論を得ており、この分野での将来の研究の良い基盤を築いています。 現在、注意が必要なのは、ポリアミド/ポリエステルブレンド材料のさらなる開発を促進し、以前の結論を実際の生産慣行に適用することです。 XNUMXつを変更することにより、XNUMXつのコンポーネントの利点を維持する新しい材料が得られます。 優れた機械的特性を持ち、耐水性はポリアミドよりも優れており、耐衝撃性はポリエステルよりも優れています。 エレクトロニクス、電気、自動車産業で広く使用されています。 応用。

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