AZ91D鎂合金微弧氧化膜生長(zhǎng)過程及機(jī)理的研究.pdf

1、選用工業(yè)中應(yīng)用較廣的AZ91D鎂合金為基體，研究其在由KF、NaOH、Na2SiO3所組成的硅酸鹽體系電解液中進(jìn)行微弧氧化時(shí)膜層的生長(zhǎng)過程及機(jī)理。
　　首先分別研究了電解液中硅酸鈉及氟化鉀對(duì)膜層生長(zhǎng)的影響。發(fā)現(xiàn)兩種電解質(zhì)的有無均對(duì)膜層的生長(zhǎng)有較大的影響。硅酸鈉的存在，可以使得擊穿產(chǎn)生的火花在試樣表面上由位置固定變?yōu)椴粩嘤巫?，避免燒蝕現(xiàn)象的發(fā)生，明顯地提高了膜層的表觀質(zhì)量；同時(shí)，膜層表面微裂紋基本消失，截面中孔隙減少且向基體貫通的程

2、度明顯減弱，膜層整體致密性顯著提高。而氟化鉀的存在，則可以使得起弧電壓明顯降低，擊穿變得劇烈，試樣表面火花較大，膜層的生長(zhǎng)速率明顯提高，膜層厚度顯著增大。
　　其次研究了基體α-Mg、β-Mg17Al12不同相組成上膜層的生長(zhǎng)。發(fā)現(xiàn)微弧氧化過程中，隨著工作電壓的不斷提高，盡管β相先于α相生成無擊穿微孔的氧化膜，但擊穿卻首先在α相表面發(fā)生，使得有擊穿微孔的微弧氧化膜首先在α相表面形成，再逐漸擴(kuò)展到整個(gè)基體表面?；wα、β兩相中Mg、

3、Al元素含量的差異，使得所成微弧氧化膜中Mg、Al、F在膜層表面的分布都不均勻，其中Mg、F兩元素的分布規(guī)律相似，并且與Al元素的分布規(guī)律正好相反，但隨著膜層厚度的增大，三元素的分布逐漸均勻化，而Si、O兩元素的分布始終比較均勻。
　　通過采用分界區(qū)直接觀察法、全基體直接測(cè)量法和膜層宏觀測(cè)量三種不同的方法對(duì)膜層的生長(zhǎng)方式進(jìn)行了研究，三種方法的設(shè)計(jì)是研究的關(guān)鍵，而成功地制備得到符合研究需求的合格試樣是難點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)膜層同時(shí)向內(nèi)、向外生長(zhǎng)

4、，并且向外生長(zhǎng)的厚度大于向內(nèi)的厚度。隨后，基于膜層生長(zhǎng)方式的研究結(jié)果，推導(dǎo)出了膜層密度的計(jì)算公式，得到了不同微弧氧化時(shí)間下膜層的密度值，結(jié)果表明，微弧氧化時(shí)間較短時(shí)膜層密度較大，時(shí)間增大，膜層密度開始減小，時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，膜層密度基本不再變化。同時(shí)，探討了膜層密度與致密度的關(guān)系，由于成膜物質(zhì)基本不隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)而變化，膜層密度的變化趨勢(shì)可以反映膜層致密度的變化。
　　通過調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，制備出生長(zhǎng)速率不同但厚度相同的微弧氧化膜，研究

5、了生長(zhǎng)速率對(duì)膜層微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著生長(zhǎng)速率的提高，膜層表面微孔的數(shù)量及表面孔隙呈不斷減少的趨勢(shì)，膜層表面大孔及微裂紋的數(shù)量不斷增多，膜層致密性不斷下降，而膜層的物相組成、元素分布等基本不變。而通過研究恒壓、變壓兩種電壓加載方式下膜層厚度、微觀結(jié)構(gòu)、成分等特征參量隨處理時(shí)間的變化，特別是膜層表面微孔大小及數(shù)量的定量變化，發(fā)現(xiàn)兩電壓加載方式下膜層特征參量的變化規(guī)律基本相同；隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，膜層的厚度增大，膜層表面微孔不斷變大

6、，微孔數(shù)量不斷減少，表面孔隙率不斷增大，而膜層物相組成及元素分布也均不變。
　　最后在總結(jié)分析上述各研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，分析了微弧氧化膜的生長(zhǎng)過程，通過建立的擊穿電場(chǎng)模型，以及電場(chǎng)強(qiáng)度及擊穿能量的計(jì)算公式，探討了膜層的生長(zhǎng)機(jī)理。發(fā)現(xiàn)擊穿是膜層形成及不斷成長(zhǎng)的關(guān)鍵。微弧氧化過程中，基體表面生成的氧化膜和氧氣共同構(gòu)成了擊穿電場(chǎng)中的電介質(zhì)，氧氣首先被擊穿，并導(dǎo)致氧化膜隨即也被擊穿，因此，擊穿是否發(fā)生主要取決于氧氣擊穿的難易程度；而由于氧氣