《SiCp/Al複合材料微弧氧化陶瓷膜製備及成膜機理研究》是依託北京交通大學，由楊智勇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：SiCp/Al複合材料微弧氧化陶瓷膜製備及成膜機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊智勇
- 依託單位：北京交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
摩擦制動引起的制動盤表面劃傷是SiCp/Al複合材料制動盤亟待解決的問題，採用微弧氧化技術在複合材料表面製備陶瓷膜是解決劃傷的有效手段，但材料中不導電的SiC顆粒阻礙微弧氧化起弧。項目組在採用鋁酸鈉電解液已成功製備出SiCp/Al複合材料微弧氧化陶瓷膜的基礎上，對其微弧氧化工藝進行研究，改進陶瓷膜質量，提高膜層的抗劃傷性能；通過分析SiC顆粒形態和陶瓷膜組織結構變化，闡明SiC顆粒的演變及其成膜機制；利用高速成像系統採集微弧氧化過程中等離子微弧特徵的動態變化，結合陶瓷膜的電容-電阻仿真模型，分析等離子微弧動態變化的影響因素，系統地研究微弧氧化工藝參數對微弧特徵變化以及等離子微弧動態變化對陶瓷膜特性的影響，明確工藝參數、等離子微弧特徵、陶瓷膜特性之間的關係，揭示複合材料微弧氧化的成膜機理。本項目研究對豐富微弧氧化理論具有重要學術價值，對推動SiCp/Al複合材料輕質制動盤的套用具有工程意義。
結題摘要
輕質低噪SiCp/Al複合材料制動盤制動過程中摩擦面的劃傷和犁溝是亟待解決的問題，採用微弧氧化技術在SiCp/Al複合材料表面製備陶瓷膜是解決表面劃傷的有效手段。因此，課題針對不導電第二相SiC顆粒導致的SiCp/Al複合材料微弧氧化處理技術的差異性和特殊性，採用試驗及微觀分析、仿真計算和摩擦磨損試驗，開展了複合材料微弧氧化成膜工藝及摩擦磨損特性、SiC顆粒在微弧氧化過程中的演變機制以及複合材料微弧氧化成膜機理研究。 SiCp/Al複合材料陶瓷膜的內層主要由剛玉結構的α-Al2O3組成，陶瓷膜緻密硬度高，在距離膜基界面20μm處達到了最大值1406Hv；而陶瓷膜的外層主要由γ-Al2O3和莫來石相組成，陶瓷膜比較疏鬆，硬度降低。陶瓷膜與閘片材料之間的磨損機制是以粘著磨損和磨粒磨損為主的混和磨損。 SiCp/Al複合材料在不同電解液中的成膜特性研究表明，SiCp/Al複合材料在鋁酸鹽電解液中能迅速正常起弧。而在矽酸鹽溶液、磷酸鹽和硼酸鹽溶液中不能正常起弧。 SiC顆粒的演變研究表明，碳化矽分解驅動力來自於兩個方面，一是碳化矽顆粒外表層在強電場作用下被擊穿發生氧化反應，導致SiC分解生成SiO2，C變成CO2逸出；二是基體中鋁發生微弧放電時產生的高溫高壓環境，為SiC分解提供能量支持。沒有分解完全的SiC顆粒被鋁的氧化物包覆並殘留在陶瓷膜內部。因此，SiC顆粒在複合材料微弧氧化過程中以先分解後包覆的模式演變。SiC顆粒改變了陶瓷膜生長方向，SiCp/A356複合材料以向外生長為主，向內生長為輔，陶瓷膜生長表現為明顯的氧化物沉積過程。 此外，利用高速攝像機研究了微弧氧化放電現象，研究表明，在一個脈衝期間內，電漿微弧的存在時間約為7ms，總共產生約5250個微弧，微弧分布密度為1.5×105個/m2，單個微弧能量為2.63×10-3J。隨陶瓷膜厚度增加，微弧尺寸增大、壽命延長，而分布密度減少。 本課題研究工作對豐富微弧氧化理論具有重要的學術價值，對提高SiCp/Al複合材料耐磨性具有實用價值，為SiCp/Al複合材料在城市軌道列車輕質制動盤上的套用奠定了理論和技術基礎。
