基于单纯形重心设计研究电解液对微弧氧化膜的影响

发布时间：2020-06-18 06:52

【摘要】：本论文采用单纯形重心设计改变Na_2Si O_3(_1x)、KF(x_2)、Na OH(_3x)和Na Al O_2(_4x)四种组分的浓度配比,在AZ91D镁合金和纯镁基体上制备微弧氧化膜层。建立了膜层厚度_1y(μm),点滴完全变白时间y _2(s)以及腐蚀电流密度y _3(A/cm~2)与各组分百分比之间的回归方程,确定最优的电解液配方,并研究了在不同的电解液体系中各组分及其搭配对膜层的组织和性能的影响。研究结果表明,基于单纯形重心设计得到的试验结果建立的回归方程都非常显著。当电解液中只存在KF时,AZ91D膜层最厚为38μm;当KF比例为0.48,Na OH比例为0.52时,纯镁膜层最厚为22.341μm。当Na_2Si O_3比例为0.482,KF比例为0.518时,AZ91D膜层点滴耐蚀性最好,点滴完全变白时间达到166.67s;当KF比例为0.59,Na OH比例为0.41时,纯镁膜层点滴耐蚀性最好,点滴完全变白时间达到162.41 s。当KF比例为0.322,Na OH比例为0.309,Na Al O_2比例为0.369时,AZ91D膜层电化学耐蚀性最好,腐蚀电流密度最低,约为4.283?10~(-8)A/cm~2;当只存在KF时,纯镁膜层电化学耐蚀性最好,腐蚀电流密度最低,约为5.15×10~-88 A/cm~2。AZ91D和纯镁的成膜性主要受电解液中的主要成膜物质以及KF影响。为了得到成膜性好的膜层,对于AZ91D,电解液中应只含有一种主要成膜物质,另外在Na Al O_2体系中KF的浓度应不超过15 g/L。对于纯镁,电解液中应含有主要成膜物质,且KF的浓度不可以高于或等于主盐的浓度,另外在Na_2Si O_3-Na Al O_2体系中添加少量Na OH。KF和Na OH虽然能够显著提高膜层的厚度,但电解液中缺少主要成膜物质时,成膜性很差,获得的膜层粗糙度大、疏松且裂纹较多,故耐蚀性较差。Na_2Si O_3和Na Al O_2结合会形成胶体,增大了电解液的粘性,造成膜层不均匀,且存在较多微裂纹,导致其耐蚀性一般。微弧氧化膜层中均含有Mg O相。电解液中各组分会改变AZ91D和纯镁膜层的相组成。加入Na_2Si O_3会使膜层中含有Mg_2Si O_4相;加入Na Al O_2会使膜层中含有Mg Al_2O_4相;当电解液中存在KF时,膜层中出现了Mg F_2相;加入Na OH并不会改变膜层中的相组成。根据膜层的性能以耐蚀性为主兼顾膜层厚度的原则,选出最优的电解液配方:对于AZ91D,在Na Al O_2体系中得到的膜层孔径最小且均匀分布,较致密且含有尖晶石Mg Al_2O_4相,故最优的电解液配方是Na Al O_2、KF和Na OH的比例分别为0.369、0.322和0.309。对于纯镁,在只存在KF的电解液中制备的膜层呈“鳞片状”紧密堆叠,无明显孔洞,致密且无明显微裂纹,并且含有Mg F_2相,故最优的电解液配方是只存在KF。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.451

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本文编号：2718866