基于柠檬酸添加剂的铝合金等离子电解氟化膜微观结构与摩擦学性能优化研究

本研究针对铝合金表面性能提升需求，创新性地采用柠檬酸(CA)改性等离子电解氟ination(PEF)工艺，系统探究了CA浓度对6061铝合金氟化膜放电特性、微观结构及摩擦学性能的影响。结果表明3 g/L CA可显著降低涂层摩擦系数(降幅78.46%)并提升耐蚀性，为航空航天等领域高性能铝合金表面处理提供了新思路。

　　

铝合金作为地壳中含量第三的金属元素，在现代工业中占据重要地位，但其高温强度不足的问题严重制约了航空航天等领域的应用。传统等离子电解氧化(PEO)技术虽能改善表面性能，但存在涂层功能单一、工艺适应性受限等瓶颈。为此，研究人员将目光投向新兴的等离子电解氟ination(PEF)技术——这种在非水电解质中生成金属氟化物的表面处理工艺，可制备具有优异热稳定性和绝缘性能的AlF₃涂层。

针对PEF工艺中电解质配方的关键科学问题，研究人员创新性地引入柠檬酸(CA)作为添加剂。通过系统表征不同CA浓度(0-7 g/L)下制备的氟化膜，发现3 g/L CA能显著优化涂层性能：表面粗糙度降低78.46%，摩擦系数大幅下降，腐蚀电流密度降低一个数量级。这些突破性进展为开发新一代高性能铝合金表面处理技术提供了重要理论依据和实践指导。

研究采用恒流模式(8 A/dm²)进行PEF处理，通过电压-时间响应曲线将过程划分为钝化、微弧放电和稳定沉积三个阶段。X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)揭示CA通过调控等离子体放电行为影响AlF₃晶体生长，而电化学测试和摩擦磨损试验则定量评估了涂层的功能特性。

电压响应分析显示，CA的加入使放电强度减弱但更均匀，3 g/L时达到最佳平衡。微观结构表征表明该浓度下涂层孔隙率最低，致密的AlF₃晶体与基底形成冶金结合。摩擦学测试中，优化涂层的平均摩擦系数从0.65降至0.14，磨损机制从严重粘着磨损转变为轻微磨粒磨损。电化学阻抗谱(EIS)证实其腐蚀防护性能提升约10倍。

这项研究不仅阐明了CA在PEF过程中的作用机制——通过络合作用调控氟离子迁移和放电行为，更建立了电解质组成-微观结构-性能的定量关系。所开发的CA改性PEF工艺兼具工程可行性和性能优越性，为航空航天、汽车制造等领域的铝合金部件表面强化提供了创新解决方案。该成果对推动表面工程学科发展具有重要意义，相关技术已申请中国国家社会科学基金(24XGL007)支持。