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摘 要

铸造铝合金强度高、易加工、密度较小、导电性和导热性能优良，在工程和日常生活中得到广泛使用。但是，这些零部件都会因其使用环境而造成严重的腐蚀，因此必须对这些铸铝件进行表面处理以提高其耐腐蚀性，延长使用寿命。本文将铸造工艺和表面处理技术相结合起来，采用型内氧化工艺对ZL109铸件进行表面处理，分别研究了氧化剂用量、骨料用量、骨料粒径大小、熔盐对型内氧化的影响，测试氧化层的厚度、组成、导热性、抗热震性、耐腐蚀性等性能。

研究结果表明，涂料中氧化剂含量较少时氧化层会比较薄，而氧化剂含量较多时，铸件表面出现浇不足或者较大气孔等铸造缺陷，氧化剂的用量为1.0g/30cm²；涂料中骨料的粒径和含量也影响型内氧化工艺，对氧化层的表面质量和与基体的结合影响明显，应用320目的SiO₂粉，用量3.5g/30cm²配制涂料为最佳方案。

对于含熔盐和不含熔盐的涂料，型内氧化处理的效果区别不明显，考虑到卤素离子对铝合金表面穿透性较强，极易形成点腐蚀，在涂料中不再使用熔盐。

复合氧化层的主要成分为Cr、Si和Al的氧化物，厚度可达到2~3µm，远大于自然条件下的0.01µm～0.05µm。由于氧化层较薄，故氧化处理前后合金的导热性能区别不明显。复合氧化层与基体结合牢固，不易发生开裂和脱落，在弱酸、盐类、碱性环境中，都具有较好的耐腐蚀性能。

关键词：铸造铝合金，型内氧化，耐腐蚀性，复合氧化层

Abstract

Casting aluminum alloys are widely used in engineering and daily life because of high strength, easy processing, low density, high electrical conductivity and thermal conductivity. However, these parts will be serious corroded due to complex natural environment. So surface treatment is necessary for cast aluminum parts to improve its corrosion resistance and prolong the service life. The oxidation in mold, which combines the technologies of foundry and surface treatment, was used to treat ZL109 casting in this thesis. The effects of dosage of oxidant, dosage of aggregate, particle sizes of aggregate and molten salt on the oxidation in mold were studied. The thickness, composition, thermal conductivity, thermal shock resistance and corrosion resistance of the oxidizing layer were tested.

The results show that the oxide layer will be relatively thin when the oxidant content in coating is less, and when the content of oxidant is too much, casting defects such as insufficient filling or large pores on the casting surface appeared. The amount of oxidant in coating would be selected 1.0g/30cm². Particle sizes and content of aggregate in coating also affects oxidation process, especially the surface quality of oxidation layer and binding with substrate. According to the experiment, 320 mesh SiO₂ powder was chosen, and the amount of SiO₂ in coating would be selected 3.5g/30cm².

The results of oxidization were not different evidently for the coating with molten salt to without molten salt, with the view of the disadvantage of halide ion to aluminum alloys, the molten salt was added in coating no more.

The main components of the composite oxide layer are Cr, Si and Al oxides and the thickness is about 2 to3 µm, which is far thicker than the natural oxide layer with the thickness 0.01 to 0.05 µm. The differences of thermal conductivities of the alloys with and without the composite oxide layer are not evident because the layer is very thin.

The composite oxide layer is combined with the substrate tightly, it is not easy to crack and fall off. The composite oxide has better corrosion resistance in the weak acid, salt and alkaline environment.

Key words:cast aluminum alloy，oxidation in mold，corrosion resistance，composite oxide layer

目录

摘要 I

Abstract II

目录 IV

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 铝合金研究现状 1

1.2.1 铝合金防腐蚀性能 1

1.2.2 铝合金腐蚀实例 2

1.2.3 金属的主要腐蚀类型 3

1.2.4 铝合金耐腐蚀的关键 3

1.3 铝合金常用表面处理方法 3

1.3.1 电化学法 3

1.3.2 化学法 4

1.3.3 等离子喷涂 4

1.3.4 微弧氧化 4

1.3.5 激光熔覆 4

1.4 型内氧化方法的提出 5

1.4.1 铝合金化学氧化 5

1.4.2 六价铬氧化法 5

1.4.3 铸渗法 5

1.4.4 型内氧化法提出 5

1.5 研究意义及主要研究内容 6

1.5.1 研究意义 6

1.5.2 主要研究内容 6

第二章 试验方法 7

2.1 实验材料 7

2.1.1 基体材料 7

2.1.2 涂料组成 7

2.2 实验设备 8

2.3 试样制备 8

2.3.1 铸型 8

2.3.2 涂料 9

2.3.3 涂料涂覆 9

2.3.4 浇注成型 9

2.4 样品分析 9

2.4.1 宏观形貌分析 9

2.4.2 SEM微观分析 9

2.4.3 导热性 10

2.4.4 抗热震性 10

2.4.5 腐蚀性实验 10

第三章 涂料组成对型内氧化的影响 12

3.1 氧化剂含量的影响 12

3.2 骨料含量的影响 14

3.3 骨料粒径的影响 16

3.4 熔盐的影响 18

3.5 本章小结 19

第四章 氧化层性能研究 20

4.1 氧化层成分分析 20

4.2 氧化层导热性能 22

4.3 氧化层与基体结合情况 24

4.4 本章小结 24

第五章 氧化层耐腐蚀性能研究 26

5.1 试样腐蚀程度 26

5.2 不同pH对腐蚀速度的影响 26

5.3 表面氧化层对腐蚀速度的影响 28

5.4 本章小结 29

第六章 结论与展望 30

致谢 31

参考文献 32

绪论

1.1 引言

铝是地壳中含量最多的金属元素，占地壳总重量的7.45%。铝及其合金是目前使用量最多的有色金属之一，跟同样广泛使用的钢铁相比，铝的密度较小，只有铸铁的1/3，强度高，比强度高，导电、导热性优良，无低温脆性，易加工，塑性和成型性好。目前，铝及铝合金材料已广泛被应用于建筑、航空航天、机械、汽车、航海、医疗等生活中各个领域中。

随着铝合金应用范围的不断扩大，越来越多的铝合金产品出现在各个地方，因此会出现各种不同的服役环境，也将可能遇到各种复杂苛刻的环境，所以这也对铝合金的耐腐蚀性能提出了更高的要求。众所周知，腐蚀失效是金属损耗最主要的原因，因此提高金属的耐腐蚀性可以节约更多的资源。

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