恒壓模式下ZK60鎂合金微弧氧化工藝及成膜機制與膜層特征研究.pdf

1、ZK60鎂合金是高強度變形鎂合金中性能最為優(yōu)越的合金之一,為拓寬其應用應加強其表面腐蝕防護措施的研究。微弧氧化技術作為一項新興的表面處理技術可以在鋁、鎂、鈦等閥金屬表面原位生長耐腐蝕性、耐磨性、絕緣性良好且具有高硬度的陶瓷氧化膜。以此為背景,本課題以ZK60變形鎂合金作為基體材料,選用鋁酸鹽-磷酸鹽復合電解液體系,進行恒壓模式下的微弧氧化處理,研究了不同電壓作用方式以及電參數(shù)對微弧氧化膜層的影響,并初步探討了膜層的生長機理以及膜層綜合性

2、能的表征。本課題從以下幾個方面開展了工作,并取得了創(chuàng)新性成果:
　　恒壓模式下,采用恒定電壓作用方式研究不同正向電壓對微弧氧化膜層組織與性能的影響,結果表明提高電壓有利于膜層的生長,過高的電壓易導致膜層成型疏松,耐蝕性較差。正向電壓280v時,獲得膜層雖然較薄,但耐蝕性最佳。整體而言,采用此種電壓作用方式,微弧氧化后期易產(chǎn)生擊穿力不足現(xiàn)象,反應極其微弱。
　　在此基礎上,引入階段升壓概念以改善氧化后期擊穿力不足的缺陷,以28

3、0v為基電壓,分別采用兩階段、三階段升壓模式進行微弧氧化工藝研究,并分析不同的升壓幅度對微弧氧化膜層的影響,其結果表明,兩種升壓模式作用下,微弧氧化后期膜層重新?lián)舸┢鸹?再次快速生長,達到預想效果;隨升壓幅度增加,膜層表面熔融物堆積明顯,粗糙度變大,膜層增厚;280-360v兩階段升壓模式下獲得膜層耐蝕性能最優(yōu)。
　　隨后采用280-360v兩階段升壓模式,通過單變量實驗分別研究負向電壓、占空比、頻率、氧化時間對膜層組織與耐蝕性能

4、的影響,并以此逐步優(yōu)化參數(shù)。結果表明提高負向電壓有利于加劇微弧放電反應,膜層厚度增加,耐蝕性增強;占空比過大,大弧傾向嚴重,易破壞膜層,膜層耐蝕性差;頻率過小,反應過程存在特殊性,膜層厚但不均勻;隨氧化時間增加,膜層生長與溶解趨于平衡,厚度先增后減,相應耐蝕性也先增強后減弱。較優(yōu)電參數(shù)為:正向電壓280-360v,負向電壓20v,占空比為30％,頻率為600Hz,微弧氧化時間為15min。
　　采用較優(yōu)的參數(shù)制備一系列微弧氧化膜層

5、,通過膜層微觀形態(tài)特點,膜層生長過程中的形貌及物相變化,膜層的元素含量分析,簡單地建立了階段升壓模式下 MAO生長模型及傳質模型。微弧氧化膜層具有表面多孔性,其微孔具有類“火山口”形狀,膜層由疏松層與致密層組成,且膜基呈鋸齒狀結合。兩階段升壓模式下微弧氧化過程劃分為四階段:鈍化膜生成階段,均勻火花放電階段,微弧放電階段,微小火花放電階段;膜層主體相為MgO方鎂石和MgAl2O4尖晶石;MAO過程主要涉及中存在基體Mg元素與電解液Al,O