鎂合金微弧氧化陶瓷功能膜的制備研究.pdf

1、鎂合金具有密度小，比強(qiáng)度、比剛度大，良好的切削加工性能，導(dǎo)熱導(dǎo)電性優(yōu)良，抗噪減震、電磁屏蔽性好等一系列獨(dú)特的性能，日益受到人們的重視，在航空航天、電子、汽車等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是其耐蝕性低，也限制其在一些領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。進(jìn)行鎂合金腐蝕防護(hù)研究具有重要的理論和實(shí)際意義。
　　本論文以AZ91D鎂合金為研究對(duì)象，結(jié)合XRD、SEM、EDS及電化學(xué)測(cè)試等檢測(cè)方法，對(duì)鎂合金微弧氧化復(fù)合電解液體系、稀土在微弧氧化中作用、彩色微弧氧

2、化功能膜及其微弧氧化膜-化學(xué)鍍等方面進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。
　　將硅酸鈉、偏鋁酸鈉、六偏磷酸鈉組成復(fù)合微弧氧化電解液體系，研究了電解液組分配比對(duì)AZ91D鎂合金微弧氧化的影響，以及金屬含氧酸鹽、多元酸和表面活性劑等不同復(fù)配添加劑對(duì)陶瓷膜結(jié)構(gòu)、耐蝕性的影響。正交試驗(yàn)優(yōu)化出Na2SiO3-(NaPO3)6、 NaAlO2-(NaPO3)6兩個(gè)含復(fù)合電解液成分的微弧氧化電解液體系。XRD測(cè)試表明，所得陶瓷膜的相成分主要為MgO、MgAl

3、2O4、Mg2SiO4等化合物。復(fù)配添加劑降低了起弧和終止電壓，減少了孔隙的大小和密度，大大改善了氧化膜的致密性和耐蝕性。經(jīng)過復(fù)合微弧氧化處理得到的陶瓷膜交流阻抗值比鎂合金基體提高了13～15kΩ/cm2，腐蝕電位正移0.34～0.37V，自腐蝕電流降低了3個(gè)數(shù)量級(jí)。提出了微弧氧化膜性能轉(zhuǎn)變3個(gè)階段:氧化膜厚度生長(zhǎng)期，氧化時(shí)間10～20min;氧化膜耐蝕性增強(qiáng)期，氧化時(shí)間20～30min，氧化膜的自腐蝕電位和阻抗譜值增加較快;氧化膜硬度

4、增長(zhǎng)期，氧化時(shí)間30～40min。氧化時(shí)間超過40min時(shí)，氧化膜致密性顯著降低，耐蝕性變差。
　　采用兩種方法分別考察了稀土在微弧氧化中的作用。結(jié)果表明，電解液中添加稀土鹽溶液，加速了鎂合金在微弧氧化過程中的腐蝕狀況，甚至不能發(fā)生微弧氧化，電解液失效;采用稀土鹽溶液浸泡鎂合金作為微弧氧化的前處理工序，所得鎂合金微弧氧化膜厚度、外觀和耐蝕性都有較大提高，試樣從開始通電到出現(xiàn)火花的時(shí)間縮短，起弧電壓下降約10V。幾種稀土鹽中稀土釹對(duì)

5、于氧化膜的外觀、厚度、耐腐蝕性的影響最佳。稀土釹鹽溶液短時(shí)間處理后所得鎂合金微弧氧化膜厚度分布均勻，“顆?！奔?xì)小均勻;降低了起弧時(shí)間、起弧電壓和電流密度，減少電能消耗。稀土元素只改變微弧氧化膜的表面形貌，對(duì)其成分無影響。
　　研究了不同電解液體系和不同著色劑對(duì)氧化膜顏色的影響，確定了制備彩色膜的基礎(chǔ)電解液組成，優(yōu)化了微弧氧化電解液體系和制備彩色微弧氧化膜的工藝條件，在鎂合金表面制備出色澤均勻、致密的黃色和綠色微弧氧化膜。鎂合金黃色

6、微弧氧化膜相結(jié)構(gòu)為Mg、MgAl2O4、 Al2O3、 Mn2O3、 MnO2、 Mn8O5。綠色微弧氧化膜相結(jié)構(gòu)為Mg、MgO、MgAl2O4、 V3O5。掌握了彩色微弧氧化膜的生長(zhǎng)規(guī)律。微弧氧化膜表觀顏色不僅取決于氧化膜中著色劑的含量，更重要的是氧化膜表面形貌，即氧化膜表面存在的細(xì)小微弧氧化通道。粗大的微孤通道會(huì)破壞著色劑的作用。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，黃色陶瓷膜的自腐蝕電流由鎂基體的316μA·cm-2下降到0.105μA·cm-2，

7、耐蝕性優(yōu)于綠色陶瓷膜。
　　研究了微弧氧化-化學(xué)鍍工藝及其膜的性能。以硅酸鹽為簡(jiǎn)單電解液體系，采用低濃度的敏化和離子鈀活化工藝對(duì)陶瓷氧化膜表面進(jìn)行化學(xué)鍍鎳前的活化處理，實(shí)現(xiàn)了鎂合金微弧氧化膜上化學(xué)鍍，制備的鎂合金表面復(fù)合功能鍍層結(jié)合力良好，耐蝕性強(qiáng)，硬度高，大大改善了鎂合金特性。優(yōu)化了微弧氧化膜上堿性化學(xué)鍍鎳工藝和酸性化學(xué)鍍鎳工藝。對(duì)微弧氧化膜化學(xué)鍍液的循環(huán)周期進(jìn)行試驗(yàn);研究表明，隨周期數(shù)的增加，鍍液的PdCl2穩(wěn)定時(shí)間和化學(xué)鍍速