鎂合金微弧氧化陶瓷膜的制備及其結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、在堿性硅酸鹽體系中，采用微弧氧化技術(shù)對(duì)鎂合金進(jìn)行表面處理，利用SEM、XRD、EDS以及XPS等手段分析陶瓷膜的結(jié)構(gòu)，探討成膜機(jī)理；同時(shí)對(duì)其耐蝕及耐磨性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過正交試驗(yàn)，結(jié)合單因素實(shí)驗(yàn)分析，確定了電解液的較優(yōu)組成為：Na2SiO36g/L，NaF2g/L，C3H8O310ml/L，KOH2g/L。
　　微弧氧化過程的電壓～時(shí)間曲線上存在兩個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，將曲線分為三個(gè)線性階段。根據(jù)電極/溶液界面發(fā)生的現(xiàn)象，微弧氧化過程分為

2、普通陽極氧化、火花沉積、微弧及弧光放電階段。電壓～時(shí)間曲線上第一、第二轉(zhuǎn)折點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)于擊穿電壓、臨界電壓。曲線的第一、第二、第三階段分別對(duì)應(yīng)于普通陽極氧化階段、火花沉積階段、微弧及弧光放電階段。微弧氧化過程中陶瓷膜基本是均勻增重的，在開始一段時(shí)間內(nèi)，氧化膜向外側(cè)和基體內(nèi)部同時(shí)生長，一定時(shí)間后向基體內(nèi)部生長占據(jù)主導(dǎo)地位。
　　普通陽極氧化階段形成的陶瓷膜與常規(guī)陽極氧化膜表面形貌相類似；當(dāng)發(fā)生擊穿時(shí)，微孔分布在呈凸起狀陶瓷顆粒的中間位

3、置或邊緣，形成微孔鑲嵌的的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；對(duì)應(yīng)于臨界電壓點(diǎn)的陶瓷膜表面不存在明顯的孔洞；微弧階段氧化膜的表面重新出現(xiàn)許多大小不一的微孔，呈網(wǎng)狀結(jié)合在一起，陶瓷膜主要由內(nèi)部的緊密層和外部的疏松層組成。添加表面活性劑后，極大地降低了陶瓷膜的孔隙率。
　　陶瓷膜主要由鎂橄欖石Mg2SiO4及方鎂石MgO組成。MgO的生成類似于普通陽極氧化；硅酸鈉在水溶液中水解產(chǎn)生的正硅酸高溫脫水或SiO32－在微弧區(qū)高溫高電場作用下直接氧化可生成SiO2，在

4、等離子放電的高溫作用下，SiO2及MgO均呈熔融狀態(tài)，微弧熄滅時(shí)，在電解液的冷卻作用下發(fā)生相變，最終生成Mg2SiO4及MgO的混合物。沿著膜層的深度方向，Mg元素的含量逐漸升高，而Si、O元素的含量逐漸降低，表明沿著膜的深度方向，MgO的含量逐漸增加，Mg2SiO4的含量逐漸減少，緊密層主要由MgO組成，疏松層為MgO與Mg2SiO4的混合物。
　　導(dǎo)致微弧氧化電流效率低的因素包括金屬的陽極溶解、已有膜層的溶解以及氧氣的析出。氧

5、氣的析出是影響電流效率的主要因素，析出途徑為：在氧化膜/溶液界面，水分子或OH－被直接氧化，水分子也可能在微弧氧化過程的熱作用而發(fā)生熱分解，溶液中的電解質(zhì)也可以直接氧化生成氧氣。另一方面，在氧化膜內(nèi)，O2-也會(huì)生成氧氣，包覆于氧化膜內(nèi)。
　　經(jīng)微弧氧化處理后，鎂合金的硬度以及耐磨性能均顯著提高。動(dòng)電勢極化曲線、電化學(xué)交流阻抗、循環(huán)陽極極化曲線、腐蝕失重試驗(yàn)以及腐蝕后的形貌觀察一致表明：經(jīng)微弧氧化處理后，鎂合金的抗均勻腐蝕及耐點(diǎn)腐蝕