摘要
摘要
“以铝代钢”轻量化设计正在快速渗入汽车制造业市场。然而，铝合金的耐磨性能
相对较差，这在一定程度上限制了其使用，特别是作为汽车活动部件（如发动机活塞和
气缸体）。因此，铝合金需要进行表面处理以改善其表面磨损情况，以便更广泛地应用
于汽车制造。为此，本研究采用了自润滑涂层技术和微弧氧化（Micro-arcoxidation，
MAO）技术在铝合金表面制备了三种润滑涂层，以改善其表面磨损情况。通过表征和
机械性能测试，研究了这三种自润滑涂层的质量特征，并通过耐磨实验探究了其摩擦
学性能和耐磨机理，这些自润滑涂层有望实现铝合金在汽车制造业中的广泛应用。本
文研究内容如下：
（1）采用在铝合金基体表面加热裂解聚乙二醇（PEG）400技术制备了Al/PEG自
润滑涂层，其表面相对平滑，与铝合金基体相比硬度和粗糙度有所下降。耐磨实验表
明，Al/PEG自润滑涂层的磨损宽度比铝合金基体的磨损宽度减小了约14.2%，摩擦配
副的磨损直径也减小了约13.4%，这有助于减轻磨粒磨损和粘着磨损，为铝合金基体提
供了有限的保护。
（2）采用向MAO电解液中加入润滑材料PEG4000的工艺方式制备了Al/MAO
自润滑涂层，该涂层表面呈饼状且带有火山状孔洞和微裂纹，表面硬度和粗糙度较高。
经耐磨测试证实，当电解液中PEG4000的浓度为1g/L时，制备的Al/MAO自润滑涂
层显示出良好的摩擦学性能。相对于电解液中未加入PEG4000制备的涂层，磨损宽度
减小了约35.4%，摩擦配副的磨损率减小了约58.7%。Al/MAO自润滑涂层摩擦学性能
的提高主要源于PEG4000的加入能够促进MAO涂层的生长速度，形成致密且相对较
厚的Al/MAO自润滑涂层。
（3）采用在MAO涂层表面加热裂解PEG400的工艺方式制备了Al/MAO/PEG自
润滑涂层，其表面相对平坦，厚度大约为19.5μm，与Al/MAO自润滑涂层相比，硬度
和粗糙度有所下降。耐磨实验表明，在Al/MAO/PEG自润滑涂层保护的情况下，磨损
宽度分别比铝合金、Al/PEG自润滑涂层和Al/MAO自润滑涂层减小约55.7%、50.4%
和58.2%，而对应摩擦配副的磨损直径相应减小了约55.2%、47.8%和60.4%，有效减
轻了磨粒磨损和粘着磨损。Al/MAO/PEG自润滑涂层的优异摩擦学性能主要归因于
PEG自润滑涂层的保护效应，该自润滑层能够阻止摩擦配副的直接接触，并提供充足
润滑。
关键词：铝合金；微弧氧化涂层；自润滑涂层；摩擦学性能
论文类型：应用研究
I
目录
目录
第1章绪论1
1.1研究背景1
1.2铝合金的磨损1
1.2.1磨损的种类1
1.2.2铝合金发生的磨损2
1.3铝合金表面耐磨处理技术3
1.3.1阳极氧化3
1.3.2化学气相沉积4
1.3.3物理气相沉积4
1.3.4电镀5
1.4微弧氧化自润滑涂层技术6
1.4.1微弧氧化技术原理及研究现状6
1.4.2自润滑涂层技术原理及研究现状7
1.4.3微弧氧化自润滑涂层技术原理及研究现状8
1.5研究意义与内容9
1.5.1研究意义9
1.5.2研究内容9
1.5.3技术路线9
第2章实验材料、设备及方法11
2.1实验