AZ91D鎂合金微弧氧化膜生長過程及機理的研究.pdf

1、選用工業(yè)中應用較廣的AZ91D鎂合金為基體，研究其在由KF、NaOH、Na2SiO3所組成的硅酸鹽體系電解液中進行微弧氧化時膜層的生長過程及機理。
　　首先分別研究了電解液中硅酸鈉及氟化鉀對膜層生長的影響。發(fā)現(xiàn)兩種電解質的有無均對膜層的生長有較大的影響。硅酸鈉的存在，可以使得擊穿產(chǎn)生的火花在試樣表面上由位置固定變?yōu)椴粩嘤巫?，避免燒蝕現(xiàn)象的發(fā)生，明顯地提高了膜層的表觀質量；同時，膜層表面微裂紋基本消失，截面中孔隙減少且向基體貫通的程

2、度明顯減弱，膜層整體致密性顯著提高。而氟化鉀的存在，則可以使得起弧電壓明顯降低，擊穿變得劇烈，試樣表面火花較大，膜層的生長速率明顯提高，膜層厚度顯著增大。
　　其次研究了基體α-Mg、β-Mg17Al12不同相組成上膜層的生長。發(fā)現(xiàn)微弧氧化過程中，隨著工作電壓的不斷提高，盡管β相先于α相生成無擊穿微孔的氧化膜，但擊穿卻首先在α相表面發(fā)生，使得有擊穿微孔的微弧氧化膜首先在α相表面形成，再逐漸擴展到整個基體表面?；wα、β兩相中Mg、

3、Al元素含量的差異，使得所成微弧氧化膜中Mg、Al、F在膜層表面的分布都不均勻，其中Mg、F兩元素的分布規(guī)律相似，并且與Al元素的分布規(guī)律正好相反，但隨著膜層厚度的增大，三元素的分布逐漸均勻化，而Si、O兩元素的分布始終比較均勻。
　　通過采用分界區(qū)直接觀察法、全基體直接測量法和膜層宏觀測量三種不同的方法對膜層的生長方式進行了研究，三種方法的設計是研究的關鍵，而成功地制備得到符合研究需求的合格試樣是難點。發(fā)現(xiàn)膜層同時向內、向外生長

4、，并且向外生長的厚度大于向內的厚度。隨后，基于膜層生長方式的研究結果，推導出了膜層密度的計算公式，得到了不同微弧氧化時間下膜層的密度值，結果表明，微弧氧化時間較短時膜層密度較大，時間增大，膜層密度開始減小，時間繼續(xù)延長，膜層密度基本不再變化。同時，探討了膜層密度與致密度的關系，由于成膜物質基本不隨處理時間的延長而變化，膜層密度的變化趨勢可以反映膜層致密度的變化。
　　通過調節(jié)實驗參數(shù)，制備出生長速率不同但厚度相同的微弧氧化膜，研究

5、了生長速率對膜層微觀結構的影響。結果發(fā)現(xiàn)：隨著生長速率的提高，膜層表面微孔的數(shù)量及表面孔隙呈不斷減少的趨勢，膜層表面大孔及微裂紋的數(shù)量不斷增多，膜層致密性不斷下降，而膜層的物相組成、元素分布等基本不變。而通過研究恒壓、變壓兩種電壓加載方式下膜層厚度、微觀結構、成分等特征參量隨處理時間的變化，特別是膜層表面微孔大小及數(shù)量的定量變化，發(fā)現(xiàn)兩電壓加載方式下膜層特征參量的變化規(guī)律基本相同；隨著處理時間的延長，膜層的厚度增大，膜層表面微孔不斷變大

6、，微孔數(shù)量不斷減少，表面孔隙率不斷增大，而膜層物相組成及元素分布也均不變。
　　最后在總結分析上述各研究結果的基礎上，分析了微弧氧化膜的生長過程，通過建立的擊穿電場模型，以及電場強度及擊穿能量的計算公式，探討了膜層的生長機理。發(fā)現(xiàn)擊穿是膜層形成及不斷成長的關鍵。微弧氧化過程中，基體表面生成的氧化膜和氧氣共同構成了擊穿電場中的電介質，氧氣首先被擊穿，并導致氧化膜隨即也被擊穿，因此，擊穿是否發(fā)生主要取決于氧氣擊穿的難易程度；而由于氧氣