铝材是有色金属中使用量最大、应用最广的材料,铝制品种类繁多,应用遍及国民经济各部门。纯铝的密度小,塑性加工性能好,但是强度较低,使其在应用中受到限制,因此在工业上铝合金的使用较多。铝合金是以铝为基体元素并加入其它合金元素所组成的一种轻型合金,其中添加的合金元素通常有Zn、Cu、Si、Mg和Mn等。然而,铝合金的耐蚀性和耐磨性较差,也无法进行热处理强化,限制了其应用的范围。因此,人们通过在铝的表面制备适当的涂层来增加耐磨和耐蚀性,从而增加其应用范围。微弧氧化是一种最近兴起的表面处理方法,由于其成本低,无污染,可以在铝合金表面制备出致密、硬度高、厚度大、耐腐蚀的涂层,而逐渐引起人们的关注。本课题主要采用微弧氧化的方法对2A12铝合金进行表面处理,通过对负向电压,电流频率的控制和电解液中La(N03)3添加量的调整,分别利用扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD),X射线光电子能谱(XPS),高分辨透射电镜(HRTEM)等方法对涂层的结构和性能进行表征,优化了工艺参数,制备出具有优异性能的陶瓷涂层。同时,针对自行设计并熔炼的Al-Cu,Al-Mg,Al-Zn二元合金,调整其中的合金元素的添加量,在其表面制备微弧氧化涂层,通过研究涂层的微弧氧化过程、微观形貌、化学成分、相组成、耐蚀性、耐磨性和抗热震性等,分析基体中合金元素对微弧氧化涂层的形成机制与性能的影响。最后结合每种合金元素对微弧氧化涂层的影响,探讨了基体中合金元素在微弧氧化过程中的作用机理。结果表明在CH3COONa-Na2WO4电解液体系中添加La(NO3)3能够形成主要由Al,α-A1203,γ-Al203和W组成的陶瓷涂层。反应后La会进入到涂层中,部分以La2O3的形式存在,促进形核,提高熔融物的凝固速度,加快微弧氧化涂层的成膜速度。随着加入La(NO3)3的量的增加,涂层的耐磨和耐蚀性也逐渐增加,当电解液中La(NO3)3添加量为0.7g/L时,涂层的结合力,耐磨性和耐蚀性最高。涂层的腐蚀形式主要为点蚀,涂层中的缺陷对涂层耐蚀性的影响较大。微弧氧化涂层本身具有优异的抗热震性,在加入0.7g/L的La(NO3)3后,涂层的抗热震性比加入较少La(NO3)3的略有降低。微弧氧化过程中的负向电压也对涂层的耐蚀性有显著的影响,当负向电压为-60V时,涂层的耐蚀性最强。对合金元素的研究表明,基体中合金元素成分的变化对形成的微弧氧化涂层的性能有一定的影响,不同的合金元素的影响也略有不同。通过对单一元素的研究,能简单预测微弧氧化后形成的涂层性能。基体中的合金元素可以影响微弧氧化过程中电流的变化,如出现最大电流的时间,以及最大电流的值,从而导致反应中的能量略有不同。恒压模式下,当基体中合金元素较少时,涂层的最大电流出现在约18s时,而当基体中合金元素达到一定的值,最大电流会出现在约33s时,此时电压同时达到最大值。基体中加入Cu会使涂层的耐蚀性和抗热震性能降低,而耐磨性略有增加。基体中添加Mg以后,涂层的耐磨性会略有增加。根据添加量的不同耐蚀性会出现差别,当基体中含有1%的Mg时,耐蚀性低于纯铝基体的涂层,当基体中的Mg超过一定量后,如加入3%的Mg,则涂层的耐蚀性会增加并超过纯铝基体的涂层,而抗热震性能会降低。基体中的Mg对涂层的前期影响较大,随着反应的进行,当反应结束后涂层表面形貌没有明显区别。但是随着基体中Mg的添加量增加,最终涂层中的γ-A12O3的含量会略有降低。添加Mg的基体形成的微弧氧化涂层的耐蚀性要高于添加Cu的基体。基体中加入Zn以后,基体和涂层的耐磨性都有提升,但涂层的耐蚀性和抗热震性都有明显的下降。结果表明含Mg的基体更适合微弧氧化,可以制备出综合性能较好的微弧氧化涂层。基体中的合金元素在反应初期会与Al基体同时形成等离子体参与到反应中。当合金元素化学活性较强时,会优先与O结合,影响涂层中A1203的含量,活性较弱时会较多残留于涂层中。微弧氧化过程中合金元素会由放电通道到试样表面,冷却速度较快时部分合金元素会与未反应的Al形成固溶强化,最终以单质或者合金化合物的形式存在于涂层中,从而影响微弧氧化涂层的性能。