镁合金阳极氧化工艺与性能研究

发布时间：2020-06-08 03:23

【摘要】：本文采用阳极氧化技术,在不同工艺下对Mg_(97)Y_2Zn_1-0.5Al合金进行表面处理,分别研究电流密度、氧化时间、电解液组成等对阳极氧化反应过程及氧化膜形貌与性能的影响。利用扫描电镜、光学显微镜观察氧化膜的形貌,X射线衍射仪分析氧化膜的组成,动电位极化和洛氏硬度计等检测膜层性能。为确定最佳阳极氧化的电流密度和时间。采用单因素法,分别在不同电流密度(5,10,15,20mA/cm~2)和不同反应时间(10,20,30,40min)下阳极氧化,研究电流密度和时间对氧化膜的影响。结果表明,随着电流密度的提高,膜层上的小孔逐渐减少,孔径慢慢增大,氧化膜的抗蚀性先增强后减弱。电流密度为15mA/cm~2时,氧化膜上的小孔数较少,孔径较小,膜层较厚,腐蚀失重最小,耐蚀性能最好。逐渐增长反应时间后,氧化膜上小孔的直径先缩小后变大,抗蚀性先提高后降低。在氧化时间为20min时,氧化膜较厚且孔径较小,抗蚀性较高。为优化电解液的浓度,采用正交实验、极差分析等方法对其进行优化。最终确定最佳的电解液组成是氢氧化钠40g/L,硅酸钠85g/L,碳酸钠40g/L,柠檬酸钠50g/L,该配方下的膜层较厚,小孔较少,成膜电压较高,耐蚀性增强。由XRD分析可知,优化后的氧化膜主要由MgO、MgSiO_3与Mg_2SiO_4组成。为提高氧化膜的光滑度,在最佳电解液中分别添加尿素、乙二胺四乙酸等,探索添加剂对氧化膜的影响。研究表明,当添加剂的含量为5g/L时,膜层光滑度好,抗蚀性均得到提高,硬度均略有降低。在三种添加剂(尿素、乙二胺四乙酸、三羟甲基氨基甲烷)中,三羟甲基氨基甲烷对膜层抗蚀性的改善最好。为降低小孔带来的不利影响,改善膜层外观,分别对膜层封孔(包括热水封孔、硅酸钠封孔、硅溶胶封孔),研究封孔对氧化膜显微形貌与性能的影响。结果表明,通过沸水封孔的膜层上沟壑变少,小孔较少。硅酸盐封孔后,膜层上的沟壑变化不大,小孔减少。硅溶胶封孔后,膜层上的沟壑消失,微孔极少。三种方式封孔后,膜层的抗蚀性均增强,硬度值除沸水封孔外均略有减小,其中硅溶胶封孔对膜层抗蚀性的改善最好。
【图文】：

表面形貌,膜层,电流密度,表面形貌

(c) 15mA/cm2(d) 20mA/cm2图 3-2 不同电流密度下膜层的表面形貌图 3-3 为不同电流密度下膜层截面形貌。可见，电流密度为 5mA/cm2时，膜电流密度为 10mA/cm2时，膜层厚约 6μm；电流密度为 15mA/cm2时，膜层厚约密度为 20mA/cm2时，膜层厚约 14μm。在合适的区间内提高电流密度，膜层当电流密度超过 15mA/cm2后，膜厚增加较小。当电流密度不断加大时，电火渐升高，向基体内部的反应加速，氧化膜上的熔融物逐渐增多，造成膜厚不流密度过高时，膜层的生长速度和溶解速度达到动态平衡，膜层不再继续增

形貌,阳极氧化膜,电流密度,形貌

(c) 15mA/cm2(d) 20mA/cm2图 3-3 不同电流密度下阳极氧化膜的截面形貌电化学极化 3-4 是不同电流密度的膜层在 3.5%NaCl 水溶液中的极化曲线。其中图 a-d密度为 5，10，15，20mA/cm2时，对应膜层的极化曲线。可见，不同电流密的钝化趋势也不一样，其中图 b、图 c 和图 d 的钝化较明显，图 a 的自腐蚀 3.1 为不同电流密度下阳极氧化膜在 3.5%NaCl 水溶液中动电位极化的电化见，自腐蚀电位从低到高对应的电流密度分别是 20、10、15 和 5mA/cm2；层自腐蚀电流密度大小可知，电流密度为 15mA/cm2时对应的自腐蚀电流密次是 10 和 20mA/cm2，而电流密度为 5mA/cm2时对应的自腐蚀电流密度最的抗蚀性较差。因此，当电流密度为 15mA/cm2时，，对应膜层的抗蚀性较强围内提高电流密度，膜层逐渐增厚，小孔数逐渐减小，氧化膜上的薄弱点较膜层扩散的通道增长，膜层的抗蚀性逐渐增强。而电流密度过高时，膜层上
【学位授予单位】：沈阳化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG178

【参考文献】