鋁、鎂合金微弧氧化層形成過(guò)程及其復(fù)合膜層耐蝕性研究.pdf

1、鋁、鎂合金的輕質(zhì)特性已引起加工制造業(yè)的廣泛關(guān)注，但合金表面抗腐耐磨性能差成為制約其應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。微弧氧化即為置于有脈沖電場(chǎng)作用的氧化槽中的鋁、鎂合金在微弧放電瞬間，其表面的金屬原子向其金屬氧化物陶瓷相轉(zhuǎn)化的一個(gè)過(guò)程，理論上屬于僅消耗電解液中氧元素、無(wú)“成本物質(zhì)”消耗的輕合金表面陶瓷化技術(shù)，在鋁、鎂合金表面改性領(lǐng)域極具發(fā)展前景。但微弧氧化處理成本高而使加工制造業(yè)難以接受，探討降低構(gòu)成其處理成本80％以上的電量消耗的有效途徑，將具有重

2、要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文通過(guò)調(diào)整電解液組成以增加樣品表面沉積層的阻抗特性或改變電參量輸出模式以增大脈沖峰值電流兩種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)微弧氧化陶瓷層的快速形成，達(dá)到降低電量消耗之目的，其研究結(jié)果也將有助于完善微弧氧化陶瓷層的形成機(jī)制。依據(jù)微弧氧化可直接將鋁、鎂等金屬轉(zhuǎn)變?yōu)樵摻饘俚难趸锾沾珊吞沾蓪颖砻婢嘉⒚准?jí)盲性微孔的組織特點(diǎn)和形貌特征，提出了以此為基制備復(fù)合防護(hù)涂層的新思想，并采用微弧電泳或微弧氧化+Si02溶膠凝膠復(fù)合技術(shù)制備出綜合

3、性能優(yōu)異的復(fù)合膜層，既可彌補(bǔ)傳統(tǒng)電泳、溶膠凝膠等涂層膜基結(jié)合力偏低的不足，又可縮短微弧氧化處理時(shí)間、提高處理效率、減少污染排放，研究此類(lèi)復(fù)合膜層的腐蝕機(jī)理，探索提高其耐蝕性的有效途徑，為擴(kuò)展鎂合金的應(yīng)用空間提供實(shí)驗(yàn)支持。
　　 本文將實(shí)現(xiàn)鋁、鎂合金微弧氧化陶瓷層的快速形成及開(kāi)發(fā)鎂合金表面復(fù)合膜層制備工藝以提高基體耐蝕性作為研究目標(biāo)，從通電至樣品表面產(chǎn)生微弧放電及陶瓷層生長(zhǎng)增厚兩個(gè)階段，闡述了溶質(zhì)離子在陶瓷層形成過(guò)程中的作用機(jī)理以

4、及電參量輸出模式對(duì)微弧氧化陶瓷層形成過(guò)程的影響機(jī)制，采用中性鹽霧腐蝕試驗(yàn)、電化學(xué)試驗(yàn)以及耐酸性試驗(yàn)評(píng)價(jià)微弧氧化+封孔復(fù)合膜層的耐蝕性并揭示其腐蝕機(jī)理。研究結(jié)果表明：
　　 微弧氧化起弧現(xiàn)象的發(fā)生依賴(lài)于鋁、鎂合金表面高阻抗沉積層的形成，電解液中添加可在合金表面快速形成高阻抗沉積層的物質(zhì)或改變電參量輸出模式以增大脈沖峰值電流均有利于微弧氧化起弧過(guò)程的進(jìn)行。
　　 電解液中具有強(qiáng)烈鈍化特性的溶質(zhì)離子以形成其氧化物的形式參與了陶

5、瓷層的形成過(guò)程，能夠在短時(shí)間形成高阻抗沉積層，陶瓷層的生長(zhǎng)增厚則依賴(lài)于基體金屬向其氧化物的轉(zhuǎn)化以增加膜層的阻抗得以實(shí)現(xiàn)；合金表面獲取預(yù)制備膜有利于微弧氧化起弧現(xiàn)象的發(fā)生和陶瓷層的生長(zhǎng)增厚，但預(yù)制備膜種類(lèi)、厚度以及阻抗值大小對(duì)陶瓷層的形成過(guò)程影響均較小，且隨電解液中溶質(zhì)離子濃度的增加，有預(yù)制備膜鋁合金起弧時(shí)間明顯縮短，單脈沖起弧功率顯著降低，即只要在基體表面制備“易失穩(wěn)”的膜層，將發(fā)生相近的微弧氧化起弧現(xiàn)象與生長(zhǎng)增厚過(guò)程；溶液電導(dǎo)率、pH

6、影響有預(yù)制備膜鋁、鎂合金微弧氧化起弧過(guò)程的快慢及陶瓷層生長(zhǎng)速率的大小，確定出有預(yù)制備膜鋁、鎂合金微弧氧化共用電解液的電導(dǎo)率最佳值為3.5×104μS/Cm、pH為13，在此電解液中可制備出表面平整光滑、截面致密無(wú)分層的鋁、鎂合金微弧氧化陶瓷層。
　　 電參量輸出模式不同導(dǎo)致微弧氧化起弧時(shí)間、單脈沖起弧功率及沉積層的阻抗特性均發(fā)生較大改變，在相同電通量條件下減小脈數(shù)或脈寬導(dǎo)致微弧氧化起弧時(shí)間縮短，單脈沖起弧功率增加，起弧瞬間所得膜

7、層阻抗隨之增大；減小脈數(shù)有利于陶瓷層的生長(zhǎng)增厚，減小脈寬陶瓷層生長(zhǎng)速率呈先增后減的變化規(guī)律，整個(gè)生長(zhǎng)增厚過(guò)程中陶瓷層阻抗與其厚度成近似線(xiàn)形變化；在電源輸出脈數(shù)與脈寬不變的前提下，增大輸出脈沖峰值電流，微弧氧化起弧時(shí)間縮短，單脈沖起弧功率增加，起弧瞬間所得膜層阻抗隨之增大，起弧后陶瓷層的生長(zhǎng)速率增加，其阻抗與厚度也成近似線(xiàn)形變化。
　　 鎂合金微弧氧化陶瓷層易發(fā)生孔蝕，但利用其表面致密多孔的結(jié)構(gòu)特征，將微弧氧化處理短流程、無(wú)污染排