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阳极化高硅铝合金表面膜孔内类水滑石的原位生长与析出铺展行为研究

批准号:
52075112
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
应丽霞
依托单位:
学科分类:
摩擦学及机械表界面科学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
应丽霞

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
活塞是舰船、车辆等发动机的核心部件,其材料及表面强化处理方法直接影响着发动机的性能和可靠性。高硅铝合金是高负荷发动机活塞的首选材料,阳极氧化是典型的活塞表面强化处理方法。但由于硅的影响,高硅铝合金阳极氧化膜缺陷多及摩擦学性能不理想等问题,目前尚无一致认可的解决方法。本项目首先针对高硅铝合金阳极氧化膜缺陷多、微结构不连续的问题,采用在电解液中添加表面活性剂的方法,消除硅对氧化膜生成的阻碍作用,得到致密、耐磨的氧化膜,然后在氧化膜孔内原位生长摩擦学功能类水滑石。通过对膜孔中类水滑石生长动力学、复合膜层表界面力学状态、类水滑石析出铺展特性的分析,阐明类水滑石微观结构与其宏观摩擦学性能之间的关联机制,明晰复合膜层的减摩承载机理。本项目的研究成果将为高硅铝合金表面耐磨减摩复合膜层的制备提供相应的理论和技术基础,为突破高硅铝合金活塞极端工况下的应用瓶颈提供摩擦学基础与技术支撑。
英文摘要
Pistons are the core components of engines such as ships and vehicles. Their materials and surface strengthening treatment methods directly affect the performance and reliability of engines. High-silicon aluminum alloy is the preferred material for high-load engine pistons, and anodizing is a typical method of piston surface strengthening treatment. However, due to the influence of silicon, there are many defects in the anodized film of high-silicon aluminum alloy and its tribological properties are unsatisfactory. At present, there is no consensus solution. This project first addresses the problems of high-silicon aluminum alloy anodic oxide films with many defects and discontinuous microstructures by adding surfactants to the electrolyte to eliminate the hindrance of silicon on the formation of oxide films and obtain dense, wear-resistant oxidation membrane. Then the tribological functional hydrotalcite-like compounds is going to grow in-situ in the pores of the obtained anodic oxide. By analyzing the growth kinetics of hydrotalcite-like compounds in the membrane pores, the surface/interface mechanical state of the composite layer, as well as the precipitation and spreading characteristics of the hydrotalcite-like compounds, the following problems will be studied: the correlation mechanism between the microstructure of the hydrotalcite-like film and its macroscopic tribological properties; the mechanism of anti-friction and load-bearing of this composite membrane. The results of this project will provide a corresponding theoretical and technical basis for the preparation of the antifriction and antiwear composite membrane on the surface of high-silicon aluminum alloy. They also could provide tribological basis and technical support for breaking through the application bottleneck of high-silicon aluminum alloy piston under extreme working conditions.
高硅铝合金是国内外高负荷发动机活塞的首选材料,阳极氧化是提高其服役性能的典型表面处理技术之一。然而,由于硅元素对氧化膜生成的抑制作用,存在膜层不连续、缺陷多以及摩擦学性能不理想等问题。本项目从高硅铝合金阳极氧化的成膜机制出发,通过消除或减少硅的阻碍作用,在高硅铝合金基体表面制备获得均匀致密的阳极氧化膜,并在其孔隙内原位合成摩擦学功能类水滑石,提升高硅铝合金减摩耐磨防腐的综合性能。.项目首先研究了十六烷基三甲基溴化铵、OP-10及F127等多种表面活性剂在阳极氧化过程中硅解离去除的效果,通过表面活性剂的筛选和复配,有效提高了阳极氧化的成膜质量。并通过电解工艺参数的优化和二次阳极氧化处理,实现了氧化膜有序孔隙结构的扩孔和表面活化处理,为层状结构水滑石的孔内原位生长创造了条件。.在对微孔内水滑石生长模式、界面反应机制分析的基础上,在AAO膜孔和表面原位制备Ni-Al-LDHs、Mg-Al-LDHs、Zn–Al-LDHs等3种不同类型的复合膜层。利用SEM、EDS、XRD、FT-IR等手段研究分析了不同生长条件对LDHs膜层生长状态(包括表面形貌、晶体参数、结晶度等)的影响,还对不同工艺参数条件下LDHs膜层的摩擦学性能进行了探讨,通过优化合成条件得到了形貌特征上满足减摩功能要求的类水滑石层状纳米结构。.接着使用偏钒酸钠和十四酸插层改性综合性能最优的Mg-Al-LDHs膜层,在生长水滑石的阳极氧化微孔的界面间隙引入功能性有机化合物。通过研究不同插层改性条件对复合膜层形貌特征、表界面力学状态的影响,结果发现偏钒酸钠能有效调控LDHs膜层层板间距,通道距离相比增长能达17.5%。而且其能在保持良好膜基结合状态的情况下,耐腐蚀性能得到了很大提升。.摩擦学实验结合纳米压痕和划痕实验,对水滑石在摩擦过程中的析出铺展特性进行了表征,分析了阳极氧化铝微孔内原位合成水滑石的减摩机理。并对复合膜层的承载能力、适用工况进行了评价。项目的研究成果为突破高强铝合金发动机材料耐磨减摩防腐功能一体化的瓶颈问题提供了大量基础数据和技术支撑。
TiO2溶胶对电沉积PTFE自润滑复合镀层性能影响的研究
  • 批准号:
    51305090
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    应丽霞
  • 依托单位:
国内基金
海外基金