鎂合金微弧氧化及其復(fù)合膜的制備及性能研究.pdf

1、鎂及其合金材料具有低密度、高的比強(qiáng)度，是迄今在工程中應(yīng)用的最輕的結(jié)構(gòu)材料，成為許多生產(chǎn)商眼中取代傳統(tǒng)金屬的首要選擇，已逐漸被應(yīng)用于如汽車、電子、航空航天等不同行業(yè)。然而，鎂及其合金較差的耐蝕性能和耐磨性能，嚴(yán)重限制了它的廣泛應(yīng)用。
　　 微弧氧化(Micro-arc oxidation，MAO)又稱為等離子微弧氧化(PMAO)、陽(yáng)極火花沉積(ASD)、火花放電陽(yáng)極氧化(ANOF)、火花陽(yáng)極化工藝(SAP)。它是近年來備受關(guān)注的一

2、種環(huán)保、無污染的金屬表面處理技術(shù)，是在普通陽(yáng)極氧化的基礎(chǔ)上，利用專用的氧化電源，在作為陽(yáng)極的工件上施加電壓，在高溫、電場(chǎng)等因素的作用下產(chǎn)生弧光放電，從而在以鋁、鈦、鎂金屬及其合金材料的表面上形成優(yōu)質(zhì)氧化陶瓷膜的方法。微弧氧化形成的氧化膜能夠提高鎂合金的耐磨性、耐蝕性以及機(jī)械強(qiáng)度，討論陶瓷膜的生長(zhǎng)特征，研究電參數(shù)對(duì)鎂合金微弧氧化處理的影響，對(duì)于促進(jìn)微弧氧化技術(shù)的發(fā)展，具有十分重要的意義。
　　 微弧氧化膜層是多孔結(jié)構(gòu)，對(duì)耐蝕性能和

3、耐磨性能的提高不利，對(duì)膜層進(jìn)行封孔處理將有助于提高鎂合金的耐蝕性和耐磨性。本論文在Na2SiO3-Na3PO4復(fù)合電解液體系下，用微弧氧化技術(shù)在AZ91D鎂合金表面原位制備一層致密的陶瓷膜，然后通過溶膠—凝膠技術(shù)對(duì)其進(jìn)行封孔處理，在氧化膜表面獲得性能更加優(yōu)良的溶膠—凝膠復(fù)合膜。用SEM觀察陶瓷膜的表面形貌;XRD分析膜層的相結(jié)構(gòu);電化學(xué)極化測(cè)試膜層的耐腐蝕性能;往復(fù)摩擦磨損實(shí)驗(yàn)測(cè)量膜層的磨損性能，紫外光分光光度計(jì)測(cè)量復(fù)合膜的光催化性能。

4、主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)微弧氧化后，在鎂合金表面形成了一層絕緣特征的氧化膜，表面有許多類似于“火山口”狀的噴射孔。隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，AZ91D鎂合金表面微弧氧化膜的孔徑和熔融顆粒逐漸增大，但總數(shù)量呈減少的趨勢(shì);隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，氧化膜的厚度逐漸增加，但生長(zhǎng)速率逐漸減慢。
　　 (2)電流密度的變化會(huì)對(duì)膜層的截面形貌產(chǎn)生顯著的影響，當(dāng)電流密度較小時(shí)，氧化膜厚度隨著電流密度的增加而快速增加，當(dāng)電流密度增加到一定值

5、后，氧化膜厚度反而降低，當(dāng)電流密度為10A/dm2時(shí)，氧化膜層最厚。
　　 (3)在Na2SiO3-Na3PO4復(fù)合體系下，調(diào)節(jié)氧化時(shí)間和電流密度，在不同氧化時(shí)間和電流密度下獲得的陶瓷膜主要由MgSiO3、Mg2SiO4、Mg3(PO4)2、MgO以及Mg相構(gòu)成，其中以Mg2SiO4、MgSiO3相為主。溶膠—凝膠處理后，膜層中增加了TiO2相。
　　 (4)微弧氧化后，腐蝕電流密度和腐蝕速率較基體發(fā)生了很大的變化，但并

6、不是氧化時(shí)間和電流密度越大越好，它還與膜層的致密性有關(guān)。微弧氧化20min時(shí)，膜層耐蝕性最好;當(dāng)電流密度為10A/dm2時(shí)，陶瓷膜的耐蝕性能最好。
　　 (5)微弧氧化處理后，能夠顯著降低AZ91D基體的磨損率，且微弧氧化試樣的比磨損率隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)而減少，微弧氧化處理30min時(shí)，氧化膜最厚，耐磨性最好，磨損率約為基體的1/10。
　　 (6)溶膠—凝膠處理后，微弧氧化膜表面的微孔明顯減少，氧化復(fù)合膜的自腐蝕電位比