AZ91D鎂合金微弧氧化工藝及成膜行為研究.pdf

1、由于密度小、易于加工及力學(xué)性能優(yōu)異，鎂合金在航空、航天、軍工、交通工具、生物醫(yī)學(xué)、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。不過，鎂合金化學(xué)穩(wěn)定性差，在大氣環(huán)境中能和氧、水及氯鹽等發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致銹蝕損壞現(xiàn)象，限制了其實(shí)際應(yīng)用，尤其是在腐蝕性環(huán)境中。因此，提高鎂合金的耐腐蝕性已經(jīng)成為該領(lǐng)域重要的研究方向之一。
　　 本論文概述了鎂合金的特點(diǎn)、應(yīng)用、腐蝕原因及防護(hù)技術(shù)，并結(jié)合當(dāng)今鎂合金表面防護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，在課題組前期工作的基礎(chǔ)上開展了綠色環(huán)保

2、型鎂合金微弧氧化工藝開發(fā)、電解液添加劑作用機(jī)制和表面微弧氧化處理鎂合金在模擬體液中的腐蝕行為等研究，主要包括以下內(nèi)容：
　　 1.苯甲酸鹽添加劑對(duì)AZ91D鎂合金微弧氧化過程及氧化膜性能的影響。分別采用苯甲酸鈉和鄰苯二甲酸氫鉀為添加劑，在堿性硼酸鹽電解液中進(jìn)行鎂合金的微弧氧化研究。利用電流瞬變曲線和反應(yīng)現(xiàn)象觀察研究了苯甲酸鹽參與下AZ91D鎂合金的微弧氧化過程；利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)、能譜(EDS)、X射線衍射(XRD)、

3、極化曲線(Tafel)和電化學(xué)阻抗(EIS)等研究了苯甲酸鹽對(duì)鎂合金微弧氧化膜的形貌、組成和耐腐蝕性能的影響。結(jié)果表明，在加入苯甲酸鈉或鄰苯二甲酸氫鉀后，微弧氧化電流密度降低，弧光放電劇烈程度減弱、氣體逸出現(xiàn)象受到抑制，氧化反應(yīng)變得相對(duì)溫和。微弧氧化膜的質(zhì)量也有明顯改善。氧化膜表面孔洞的尺寸減小，表面裂紋消失，膜層變得更加平滑、致密，耐腐蝕性提高。
　　 2.苯甲酸鹽添加劑對(duì)微弧氧化過程的影響行為研究。研究了堿性硼酸鹽電解液中苯

4、甲酸鹽添加劑對(duì)AZ91D鎂合金陽(yáng)極氧化階段和微弧氧化階段的影響。利用EIS研究了苯甲酸鹽在鎂合金表面的吸附行為。利用SEM和起弧電壓測(cè)試研究了苯甲酸鹽對(duì)陽(yáng)極氧化階段和微弧氧化階段的影響。利用電流瞬變曲線和反應(yīng)現(xiàn)象觀察研究了苯甲酸鹽參與下AZ91D鎂合金的微弧氧化過程。結(jié)果表明，苯甲酸鹽在堿性硼酸鹽電解液中的吸附行為符合Temkin吸附等溫式，吸附過程為自發(fā)過程。苯甲酸鹽主要影響鎂合金的陽(yáng)極氧化過程。在苯甲酸鹽參與下，陽(yáng)極氧化階段得到的膜

5、層更加均勻、致密，電阻率也高；均勻、致密及高電阻率的膜層使微弧氧化階段電流密度降低，弧光等離子體放電劇烈程度減弱，氧化反應(yīng)變得相對(duì)溫和。在相對(duì)溫和的條件下，火花放電交得細(xì)小均勻，氣體逸出減少，放電和氣體通道尺寸變小，表面燒蝕現(xiàn)象消失，制得氧化膜的結(jié)構(gòu)更加平滑致密，其耐腐蝕性也更好。
　　 3.微弧氧化處理AZ91D鎂合金在模擬體液中的腐蝕行為。以苯甲酸鹽為添加劑，在生物安全型堿性硼酸鹽電解液中對(duì)AZ91D鎂合金進(jìn)行微弧氧化處理，

6、并對(duì)該處理過的鎂合金在模擬體液中的耐腐蝕性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，經(jīng)微弧氧化處理后，鎂合金表面生成了晶態(tài)方鎂石型的致密均勻氧化膜。由于該氧化膜中不含Cr6+，F(xiàn)-和Mn2+等生物有害離子，作為醫(yī)學(xué)植入材料更加安全可靠。利用浸泡失重實(shí)驗(yàn)、pH檢測(cè)、電化學(xué)極化曲線和EIS等研究了微弧氧化處理鎂合金的耐腐蝕性，并與未經(jīng)處理鎂合金進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，微弧氧化處理鎂合金在模擬體液中具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。浸泡實(shí)驗(yàn)表明，微弧氧化處理鎂合金在模擬體液中

7、的失重速率遠(yuǎn)小于未經(jīng)處理鎂合金，浸泡造成的模擬體液pH的變化也小于未經(jīng)處理鎂合金，顯示了其具有更好耐久性和生物相容性。
　　 總之，本論文結(jié)合鎂合金表面防護(hù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，以發(fā)展新型綠色環(huán)保型微弧氧化工藝為目標(biāo)，分別研究了苯甲酸鹽添加劑對(duì)鎂合金微弧氧化過程及微弧氧化膜性能的影響，苯甲酸鹽添加劑對(duì)微弧氧化過程的影響機(jī)理和微弧氧化處理AZ91D鎂合金在模擬體液中的腐蝕行為，在新工藝開發(fā)、機(jī)理研究和材料應(yīng)用和評(píng)價(jià)等方面做了一些探索性工