第十五届全国表面工程大会

铝合金因具有密度低、高导热和加工性良好等优异特性被广泛应用于发动机缸体材料，为实现铝制发动机的轻量化、低摩擦和长寿命目标，本研究采用动态电流调控微弧氧化技术，在铝合金表面原位构筑耐磨抗擦的氧化铝陶瓷膜。本文首先系统研究了阴/阳极脉冲强度及比例对陶瓷膜生长机制及调控策略，为微弧氧化陶瓷膜提供理论及数据支撑。首先研究了阴/阳极脉冲强度及比例下微弧氧化过程中的放电行为、生长动力学以及微观结构，发现强阴极脉冲显著影响放电的位置以及粒子传质行为，阴极脉冲的增强使陶瓷膜趋向于内部放电与向内生长，放电热环境循环致使陶瓷膜呈现软-硬-软的硬度分布规律，形成了约20μm-30μm宽的高硬度区。基于此，研究了氧化时间对陶瓷膜生长的影响，结果表明，陶瓷膜生长前期主要以基体参与放电氧化为主，后期为阴极作用导致的“软”火花放电为主，表现为表面电解液阴离子沉积以及氧元素向内迁移导致向内生长以及内部放电主导。“软”火花放电期间陶瓷膜始终呈现软-硬-软的硬度分布规律。最后，基于上述机理，通过在特定时刻介入主动调节阴/阳极脉冲的强度对阳极反应电压进行一定区间内的升降控制，以主动调控放电强度诱使陶瓷膜致密生长。结果表明：与恒流模式相比，在达到峰值电压前30V介入,通过调控阳极电压控制电压区间在480-520V的动态电流模式使膜层生长速率提升至1.3μm/min，增长30%，密度从0.0018 g/mm³提高至0.0021 g/mm³，且显著提升了硬度分布的均匀性。经6小时发动机性能检测台架试验，微弧氧化陶瓷涂层相较于Ni-SiC涂层低温下摩擦系数降低23.2%-38.4%，高温下降低14.2%-31.5%，油耗最高降低11.72%。

微弧氧化；硬质陶瓷膜；阴极电流；硬度分布；铝合金缸体