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本课题对经微弧氧化处理的铝合金拉伸性能、本构方程、陶瓷层剥落失效机理进行了试验研究及分析。运用有限元软件模拟了拉伸、划痕过程中模型表面与界面的应力-应变规律,采用SEM、XRD、EDS检测不同氧化电流密度下陶瓷层的显微结构、相结构和成分含量,获得了铝合金微弧氧化陶瓷层的力学性能资料,得出以下结论: 1铝合金经微弧氧化后的拉伸性能 (1)试样的延伸率随着陶瓷层厚度的增加先增大后减小,屈服强度随陶瓷层厚度的增加先减小后增大,抗拉强度随陶瓷层厚度增加而增大。 (2)氧化电流密度为10A/dm2比8A/dm2的试样屈服强度高,抗拉强度没有太大变化,且前者陶瓷层断口裂纹数量较多且紊乱,后者裂纹密度较小。 2铝合金微弧氧化陶瓷层本构方程 根据弹塑性理论建立了铝合金微弧氧化陶瓷层在达到屈服强度后的本构模型。运用Matlab求解得出本构模型参数,使铝合金微弧氧化陶瓷层非线性阶段的本构方程定量化。 3陶瓷层脱落失效机理分析 (1)氧化电流密度为8A/dm2模式下生成的陶瓷层,在划痕作用下陶瓷层剥落是由于铝合金塑性变形引起。 (2)氧化电流密度为10A/dm2模式下生成的陶瓷层,在划痕作用下由于界面处内应力较大,引起其界面处弹性势能释放,导致陶瓷层剥落。 (3)在微弧氧化制备工艺相同情况下,当陶瓷层厚度小于7μm时,电流密度为10A/dm2模式下生成的陶瓷层临界载荷比电流密度为8A/dm2模式下略高;陶瓷层厚度大于8μm时,前者比后者略低。 (4)在微弧氧化制备出相同试样情况下,划痕法向载荷越大陶瓷层临界载荷越小。 4有限元模拟划痕实验 (1)划痕压头在相同的法向和切向位移载荷下,陶瓷层越薄,越容易从铝合金上剥离。 (2)划痕压头法向力越大,陶瓷层应变越大,且铝合金也出现塑性变形。 (3)划痕压头法向力越大,模型受剪应力越大,模型表面与界面剪应力变化一致,且界面处剪应力最大。同时发现压头的法向载荷比切向载荷对陶瓷层更有影响,法向载荷越大,陶瓷层从铝合金上越容易脱落。 5有限元模拟拉伸实验 (1)采用有限元软件模拟模型在受到拉力作用时,当铝合金应力为200.9MPa时,其塑性应变为2.737×10-4。而陶瓷层受到的应力达到了100.5MPa塑性应变为3.285×10-3。与实际试验结果相一致,说明所建模型正确。 (2)模型模拟拉伸时,发现陶瓷层的塑性应变比铝合金先达到最大,且与拉伸实验效果一致。