鎂合金微弧氧化膜的微觀組織結(jié)構(gòu)和性能研究.pdf

1、鎂及鎂合金有許多優(yōu)越的物理和機(jī)械性能，例如低的密度、高的比強(qiáng)度和比剛度、高的比振動(dòng)強(qiáng)度，彎曲韌性和易加工性，還有好的鑄造和焊接性能。但是，由于鎂具有非?；顫姷幕瘜W(xué)性質(zhì)，很容易發(fā)生腐蝕，尤其是在潮濕環(huán)境下以及氯離子存在時(shí)腐蝕更為嚴(yán)重。因此，增強(qiáng)鎂及鎂合金的耐腐蝕性能是非常必要的。鎂及鎂合金除了工業(yè)應(yīng)用以外，也被醫(yī)學(xué)領(lǐng)域認(rèn)為是一種有前途的可降解生物材料，因?yàn)檫@類材料在密度，強(qiáng)度和彈性模量等方面更接近于人體骨骼。而且鎂基植入體在體內(nèi)環(huán)境中經(jīng)腐

2、蝕后可以形成易溶且無(wú)毒的氧化物，是理想地輕量可降解硬組織修復(fù)材料。 微弧氧化是近年發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的有色金屬表面陶瓷涂層制備技術(shù)，該方法不僅工藝簡(jiǎn)單，而且電解液成分可調(diào)，有利于形成高質(zhì)量的涂層。并且電解液中不含對(duì)環(huán)境有害的金屬離子和化學(xué)成分，保證了工藝的安全性。 本文分別采用恒流和恒壓兩種工作模式下，對(duì)ZK60和ZK61兩種鎂合金進(jìn)行微弧氧化處理，綜合運(yùn)用XRD、SEM、電化學(xué)工作站對(duì)微弧氧化涂層的相組成、表面形貌、耐

3、腐蝕性等性能特點(diǎn)進(jìn)行分析。同時(shí)，選取了三種磷酸鹽Na（PO3）6、Ca（H2PO4）2和Na3PO4作為磷添加劑，來(lái)比較電解液中加入不同磷酸鹽對(duì)于涂層厚度、相組成、表面形貌、硬度和耐蝕性的影響。 根據(jù)恒流下的電壓—時(shí)間曲線，微弧氧化過(guò)程可分為三個(gè)階段，即普通陽(yáng)極氧化階段、微弧氧化階段和局部火花放電階段。涂層相組成為MgO、MgSiO3和Mg3（PO4）2，且隨電流密度的增高，有新相Mg2SiO4出現(xiàn)。延長(zhǎng)處理時(shí)間和增加電流密度，

4、都可以使涂層的厚度增加，而且涂層的硬度也隨之增加，但是涂層的形貌也發(fā)生變化，由平滑變得粗糙，微裂紋數(shù)目增多，其中氧化處理20min后得到的涂層耐蝕性最好。 在三種電解液中，微弧氧化涂層都隨電壓升高而變厚，頻率和占空比對(duì)于厚度影響較小。在相同電參數(shù)下，以Na（PO3）6為磷添加劑的電解液中得到的涂層厚度最大；其次為Na3PO4；在含Ca（H2PO4）2的電解液中得到的涂層最薄。比較兩種基底，在三種電解液中，ZK60表面涂層都比ZK

5、61表面涂層厚。XRD實(shí)驗(yàn)表明，所有涂層基本都含有MgO、MgSiO3、Mg2SiO4和Mg3（PO4）2等相，電壓和濃度不會(huì)改變相組成，只影響各組成相的含量。SEM測(cè)試發(fā)現(xiàn)，所有涂層都呈現(xiàn)微弧氧化涂層典型的多孔狀形貌。三種電解液中，涂層形貌都隨著電壓的升高而變得粗糙，在300V得到的涂層，微孔尺寸細(xì)小且分布均勻，電壓升高后，微孔尺寸變大且分布不均勻，同時(shí)，微裂紋也開(kāi)始出現(xiàn)并數(shù)目逐漸增多，500V下得到的涂層粗糙度最大。對(duì)于三種電解液，

6、涂層的顯微硬度都電壓升高而持續(xù)增大，而頻率和占空比對(duì)于硬度值得影響不甚明顯。在400V電壓下，ZK60鎂合金上，含Na（PO3）6的電解液中形成的涂層硬度最高，為147．85 HV0．5，而另兩種電解液（含CaHPO4和Na3PO4）中得到的涂層硬度相差不大，分別為127．71HV0．5和128．21HV0．5。 根據(jù)動(dòng)極化曲線，在三種電解液中，涂層的極化阻抗值并不是隨電壓升高而一直增大，而是波動(dòng)性變化。另外，在含六磷酸鈉和磷酸