AZ91D镁合金表面钼-钛-锰导电膜化学转化工艺及其性能研究

[目的]对镁合金进行表面处理可获得兼具导电性和耐蚀性的膜层,进而满足电子通信领域的使用要求。[方法]采用以(NH_(4))_(2)MoO_(4)、H_(2)TiF_(6)和KMnO_(4)为主成分的溶液,在AZ91D镁合金表面通过化学转化技术制备了钼−钛−锰(用MTM表示)导电膜。研究了前处理工艺和化学转化液的KMnO_(4)质量浓度对MTM膜层外观、形貌、组成、耐蚀性和导电性的影响。[结果]对AZ91D镁合金进行打磨、碱洗、酸洗、表调等前处理后在含4.2 g/L KMnO_(4)的转化液中处理所得的MTM膜层表面拥有最大面积分数的β相导电斑点,耐蚀性较好,导电性最佳(禁带宽度和接触电阻分别为2.556 eV和0.428Ω/in^(2))。[结论]本工艺制备的MTM膜层耐蚀性和导电性良好,在电子通信领域具有很好的应用前景。

AZ31B镁合金表面无机-有机复合化学转化与膜层性能

[目的]镁合金具有优异的加工性能、抗震性能、电磁屏蔽性能等,但较差的耐蚀性限制了镁合金的使用寿命,因此对其进行有效的表面防护处理具有重要的意义。[方法]通过化学转化法在AZ31B镁合金表面原位制备了无机-有机复合膜层。先通过正交试验得到较优的转化液配方,进而研究了转化处理时间对膜层形貌和耐蚀性的影响,并通过X射线光电子能谱(XPS)分析了较佳条件下所得膜层的成分。[结果]化学转化的较优配方和工艺参数为:植酸钠3 g/L,六氟锆酸3 g/L,处理时间40 s,温度25℃。所得转化膜主要由MgO、MgF_(2)、ZrO及有机氟化物组成,具有均匀的色泽、适中的厚度和致密的结构,展现出良好的耐蚀性。[结论]该无机-有机复合转化工艺可有效提高镁合金基体的耐蚀性。

6061铝合金黄色微弧氧化膜层制备工艺优化及性能表征

[目的]铝合金本色单一且在使用中易发生腐蚀,导致美观度下降。[方法]通过优化电参数与着色剂高锰酸钾的添加量,在6061铝合金表面制备了色泽均匀的黄色微弧氧化陶瓷膜。采用Lab色差评价体系对膜层的颜色进行定量分析。[结果]确定了最优的工艺参数为:频率500 Hz,占空比20%,脉冲比5∶1,正向电流密度8 A/dm^(2),负向电流密度2 A/dm^(2),高锰酸钾质量浓度0.8 g/L。由此获得的黄色膜层的b值为19.2,色差为0.09,与基体结合紧密且表面有典型的“火山口”形貌。该黄色膜层主要由γ-Al_(2)O_(3)和少量非晶相组成,表面均匀分布着大量锰氧化物是其显示黄色的主要原因。[结论]控制锰氧化物的生成可调节黄色微弧氧化膜的颜色。

7075铝合金表面钼/钛/钒复合转化膜的制备与性能表征

采用钼酸盐和钛酸盐为主盐,以偏钒酸钠为成膜促进剂,植酸钠为有机添加剂,在7075铝合金表面制备了钼/钛/钒复合转化膜。借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了膜层的微观形貌、元素组成和化学成分,采用电化学工作站考察了基体和膜层的耐蚀性。实验结果表明:最佳转化液配方为2 g·L^(-1)植酸钠、1.5 g·L^(-1)偏钒酸钠、1.5 g·L^(-1)六氟钛酸及25 g·L^(-1)钼酸铵,最佳成膜条件为15 min和35℃。膜层主要成分为Al_(2)O_(3)、MoO_(2)、MoO_(3)、V_(2)O_(5)和TiO_(2)。钼/钛/钒复合转化膜使7075铝合金的腐蚀电位正移了206.401 mV,腐蚀电流密度降低了9.912μA·cm^(-2),有效提高了基体的耐蚀性。

离子液体电沉积铝及其合金在NdFeB永磁体表面的应用

[目的]近年来,在材料表面电沉积轻质、耐腐蚀和低成本的铝及铝合金备受关注。离子液体以其高导电性、宽电化学窗口和低毒性,被视为环保电解液的首选。采用离子液体电沉积铝及铝合金能有效提升材料的耐蚀性和力学性能,这为低耐蚀性NdFeB永磁体材料的应用提供了新思路。[方法]综述了以AlCl3为主盐的离子液体在铝及铝合金电沉积工艺、机理及应用的最新进展,重点介绍了该技术在NdFeB永磁体中的研究和应用现状,指出了目前存在的问题。[结果]离子液体电沉积铝及铝合金在NdFeB永磁体表面的应用以Al及Al-Mn合金为主。[结论]尽管将离子液体电沉积铝及铝合金作为NdFeB永磁体表面防护已受到业界的广泛关注,并取得了一定的进展,但成本高、镀液黏度大、沉积难等问题仍亟待解决。

游戏化教学在“材料热力学”中的应用

“材料热力学”课程因专业名词数量众多、知识点逻辑联系紧密、抽象公式与计算多、专用符号和图表繁杂等因素,在传统的线下课堂讲授过程中,学生存在明显的畏难情绪,学习态度较为消极。基于翻转课堂设计了卡牌竞赛游戏,在实际课堂中融入游戏化教学,根据知识点合理设置题目,分小组对题目进行解释问答,小组间通过卡牌游戏就题目进行互动,课堂氛围得到有效调动,学生在游戏化教学中更容易掌握知识点。同时构建了完备的激励系统,加强线上线下混合教学模式的应用,极大地提高了学生的学习积极性和学习效果,适合小班教学推广。

掺Ti量对类金刚石薄膜机械性能的影响

采用非平衡磁控溅射技术,通过改变Ti靶溅射电流,在不锈钢衬底表面沉积了不同掺Ti量的类金刚石薄膜(Ti-DLC),研究了掺Ti量对薄膜的显微硬度、弹性模量、膜/基结合强度、断裂韧性及摩擦磨损行为的影响。结果表明:DLC薄膜掺杂Ti后,硬度明显提高,且随着Ti靶溅射电流的增大,薄膜硬度先增加、后降低,Ti靶溅射电流为1.5A时,薄膜硬度最高;掺杂适量的Ti,可以明显改善DLC薄膜的膜/基结合强度和断裂韧性,并能明显降低DLC薄膜的摩擦系数。

DLC,TiN薄膜的环境摩擦学特性研究

采用非平衡磁控溅射及电弧离子镀技术在304奥氏体不锈钢表面沉积了类金刚石(DLC)及TiN薄膜.用纳米压痕仪、表面粗糙度仪、扫描电镜等检测了薄膜的显微硬度、表面粗糙度及表面形貌.并用球—盘式摩擦磨损试验仪评价了不同介质(干摩擦、水润滑、油润滑)条件下薄膜的摩擦磨损性能.结果表明:在干摩擦及水润滑条件下,TiN,DLC两种薄膜均明显改善了基体的耐磨性和润滑性,DLC薄膜性能更佳.但相对于干摩擦,在水润滑条件下,DLC薄膜的摩擦系数反而有所升高,这主要源于H2O与O2在摩擦过程中参与反应,降低了薄膜的力学性能和化学惰性从而增加了粘着效应.在油润滑条件下,DLC,TiN薄膜与基体摩擦系数相近甚至略高,薄膜的沉积虽然有利于基体耐磨性能的提高,但并不能改善基体的润滑特性.

应力对薄膜结构与性能影响的研究现状

产生薄膜应力是在沉积薄膜过程中普遍存在的现象。薄膜应力的存在将影响薄膜的微观结构和性能,如薄膜的光学、力学等物理性能。同时影响到薄膜与基体材料的结合度以及基体材料的基本性能。主要总结了薄膜应力的产生机理、测试方法及其对薄膜结构和性能的影响,同时对薄膜应力的有效控制提出了展望。

铝合金钛锆转化膜槽液消耗规律的研究

目的在前期研制的新型铝合金表面钛锆转化膜工艺配方的基础上,进一步探索该新型工艺配方在连续使用过程中的消耗规律。方法通过在连续使用过程中对转化液中主要金属离子(钛、锆、M等)的含量测定分析,找出该成膜剂的消耗规律。采用电化学工作站和SEM对槽液连续使用过程中膜层的耐蚀性能及微观形貌进行表征。结果转化液中的主要成膜成分钛、锆、M的消耗质量比例基本不变,为5:1:4。XPS分析显示,膜层主要由金属氧化物(TiO_2、ZrO_2、Al_2O_3、M_2O_5)、金属氟化物(ZrF_4、AlF_3)和金属有机络合物等组成。随着成膜的不断进行,膜层的耐蚀性能有所下降,自腐蚀电流密度由最初成膜时的0.11μA/cm^2增加到1.24μA/cm^2,但仍低于铝合金基体的自腐蚀电流密度(7.53μA/cm^2)。随着连续成膜,膜层表面的微观裂纹不断变宽,在连续成膜到第80片时,铝合金表面有的位置已经不能成膜。结论钛锆转化液在连续使用过程中,转化液中的主要成膜成分按一定比例消耗,膜层的耐蚀性能随着连续成膜有所下降,因此有必要及时对转化液进行补加和校正。

铝合金钛锆转化处理过程中铝离子的影响及消除

探讨了转化液中铝离子含量对钛锆转化膜性能的影响。采用扫描电镜和能谱仪表征了膜层的微观形貌和成分,并用极化曲线和硫酸铜点滴腐蚀试验评价了其耐蚀性。结果表明:当转化液中铝离子质量浓度为60 mg/L时,所得膜层的形貌最平整致密,耐蚀性最好。但当铝离子质量浓度达到90 mg/L时,膜层表面开始出现"蚀坑",并且随着铝离子含量增加而增多,造成耐蚀性下降。当铝离子质量浓度为210 mg/L时,铝合金表面不能成膜。采用氟化钠去除转化液中的铝离子之后,膜层的耐蚀性恢复到原工艺水平。

马氏体不锈钢表面氧化铝颗粒增强搪瓷涂层的制备及抗高温氧化性能

以马氏体不锈钢为基体,硅铝酸盐搪瓷作为成膜物质,氧化铝作为填料,制备了氧化铝−搪瓷高温防护涂层,并研究了复合涂层的高温氧化行为。在650℃下,马氏体不锈钢基体会被氧化,表面生成氧化物Cr_(2)O_(3),氧化100 h后的增重为0.2 mg/cm^(2)。施加搪瓷涂层会显著降低马氏体不锈钢的氧化速率,提升基体的抗高温氧化性能达一个数量级。在搪瓷中加入氧化铝颗粒后形成的复合涂层在抗高温氧化能力方面得到明显提高,其微观机理为:溶解的氧化铝以铝氧四面体的形态补全了硅氧网络和未溶解的氧化铝镶嵌在空间网络中,阻碍O^(2−)的传输,令O^(2−)的传输路径更长。

溶胶凝胶法制备超细二氧化硅粉体

以正硅酸四乙酯为前驱物,采用溶胶凝胶法制备超细SiO2粉体。通过控制pH值和温度等因素,分析其对成胶时间、成胶状态及SiO2粉体品质的影响。通过激光粒度分析仪等对最终产物进行分析与表征。

6063铝合金表面钛/锆/钼转化膜的制备及自愈性

采用化学转化处理法在6063铝合金表面制备获得淡黄色的钛/锆/钼转化膜,通过浸泡法并借助电化学工作站考察了钛/锆/钼转化膜的耐蚀性,采用划痕法结合扫描电子显微镜(SEM)研究了钛/锆/钼转化膜的自愈性。转化液的组成为:2 g/L H_2TiF_6,2 g/L H_2ZrF_6,2 g/L有机酸着色剂,3 g/L Na_2MoO_4。结果表明,在pH=3.0、温度为35℃、时间为5 min的工艺条件下能够在6063铝合金表面获得淡黄色、致密且耐蚀性良好的膜层,膜层微观表面均匀分布着白色颗粒和裂纹。人工划痕的钛/锆/钼转化膜在3.5%NaCl盐雾氛围中随着浸泡时间的延长划痕逐渐愈合,形成新的膜层,这表明制得的膜层具有自愈性。当在中性盐雾中的腐蚀时间超过5 d后,划痕处附近膜层中的氧化剂不断被消耗,迁移至划痕处发生络合的物质逐渐减少,膜层自愈性能退化,膜层被腐蚀。

铝合金表面钛/锆/钒复合转化膜的自愈性研究

为了研究钛/锆/钒复合转化膜的自愈性,运用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱分析仪(XPS)分析了钛/锆/钒复合转化膜的微观形貌、成分与结构,借助扫描电化学工作站观察了膜层的自愈现象,通过划痕试验结合扫描电子显微镜(SEM)验证了膜层的自愈性,分析了钛/锆/钒复合转化膜自愈过程中的物质迁移现象。研究结果表明:钛/锆/钒复合转化膜结构复杂,膜层中的金属氧化物在第二相上优先形核,随后氟化物、金属有机配合物通过静电吸附作用沉积。膜层具有一定的自愈性,自愈现象与膜层中的金属氟化物和有机配合物的扩散有关。

疫情时期《材料科学基础》在线课程的建设与思考

《材料科学基础》是工科材料类专业重要的基础课之一,为该类学生后续专业课程的开展提供了基础。本文根据疫情时期金属材料工程专业开设的《材料科学基础》在线教学效果探讨了该课程特殊时期的线上教学方案,并对线上教学模式提出了思考,以期将该课程建设成为一门高质量的工科材料类在线课程。

电解液温度对AZ31B镁合金黑色微弧氧化膜的影响

目的研究电解液温度对镁合金表面微弧氧化的成膜过程、膜层性能以及黑色着色过程的影响。方法使用不同温度(5、15、25、35℃)的硅磷电解液,在AZ31B镁合金基体上制备黑色微弧氧化膜。利用紫外可见分光光度计测定各膜层的黑度及色差,采用XRD、XPS、Raman分别用于分析膜层的物相组成、膜层中V元素存在的价态及相对含量、膜层中氧化物种类。利用场发射扫描电镜观察膜层的微观组织形貌变化。使用电化学工作站分析各膜层的耐蚀性能。结果随着电解液温度的升高,膜层黑度值从24.80(5℃)上升至29.03(35℃),其色差值也呈现总体上升趋势。膜层中V^(3+)与V^(5+)的比值RVO由3.6(5℃)下降至0.28(35℃)。膜层中孔洞尺寸先变小后增大,在25℃时孔洞尺寸最小,此时膜层最致密。膜层的腐蚀电流密度变化不大,在25℃时达到最低值(5.3μA/cm^2),此时膜层耐蚀性能最好。结论电解液温度越高,膜层黑度越浅,色差越大,膜层的致密性先变好后恶化,但膜层的耐蚀性变化不大。温度升高使膜层黑度下降的原因是膜层中R_(VO)值的下降。

铝合金上低温钛锆转化膜快速成膜工艺

采用正交试验和单因素试验研究了在6063铝合金上低温快速制备钛锆转化膜的工艺,得到的最佳转化液配方为:H2TiF62.0 g/L,H2ZrF60.8 g/L,氧化剂(偏钒酸钠)3.0 g/L,配位剂(单宁酸)4.0 g/L,pH=3.2。X射线光电子能谱的分析结果显示,膜层的主要组分为金属氧化物(Al2O3、VO2、V2O5、ZrO2、TiO2)、金属氟化物(AlF3、ZrF4)及金属有机配位化合物。不同低温条件下工艺的最佳成膜时间为:5℃,300~350 s;10℃,150~200 s;15℃,100~150 s;20℃,60~120 s。

钛/锆钝化膜烘干温度对有机涂层结合强度的影响

本文考察了钛/锆钝化膜烘干温度对有机涂层结合强度的影响,并对结合机理进行了初步探讨。以六氟钛酸和六氟锆酸为钝化液的主要成分对6063铝合金表面进行钛/锆钝化处理,经不同温度的烘干处理后进行静电粉末喷涂。利用扫描电子显微镜(SEM)、漆膜冲击试验机和划格仪等分析了钝化膜喷涂前后的微观形貌及有机涂层结合强度。结果表明成膜时间为60 s获得的钛/锆钝化膜表面平整致密。钛/锆钝化膜的最佳烘干温度为100~110℃。膜层烘干温度过低,膜层表面会因水分子残留形成气泡,降低与有机涂层的附着力;烘干温度过高,会使膜层表面的微裂纹变宽、数量增加,降低与有机涂层的附着力。

Al-Mn-Mg-Si系铸造铝合金阳极氧化膜的性能

在150 g/L H2SO4溶液中对3种Al-Mn-Mg-Si系铸造铝合金(Al-1.9Mn-0.18Mg-0.1Si、Al-1.9Mn-0.36Mg-0.2Si和Al-1.9Mn-0.54Mg-0.3Si)进行阳极氧化,通过涂层测厚仪、扫描电镜、极化曲线测量技术及耐点滴腐蚀试验分析了所得阳极氧化膜的性能,并考察了Mg、Si含量对Al-Mn-Mg-Si合金阳极氧化性能的影响。与日本三菱公司制造的DM6合金及传统ADC12铸造铝合金相比,Al-Mn-Mg-Si铸造合金的可阳极氧化性更优,工业应用前景广阔。