镁合金微弧氧化及其复合膜的制备及性能研究

发布时间：2017-04-28 19:08

  本文关键词：镁合金微弧氧化及其复合膜的制备及性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：镁及其合金材料具有低密度、高的比强度,是迄今在工程中应用的最轻的结构材料,成为许多生产商眼中取代传统金属的首要选择,已逐渐被应用于如汽车、电子、航空航天等不同行业。然而,镁及其合金较差的耐蚀性能和耐磨性能,严重限制了它的广泛应用。 微弧氧化(Micro-arc oxidation, MAO)又称为等离子微弧氧化(PMAO)、阳极火花沉积(ASD)、火花放电阳极氧化(ANOF)、火花阳极化工艺(SAP)。它是近年来备受关注的一种环保、无污染的金属表面处理技术,是在普通阳极氧化的基础上,利用专用的氧化电源,在作为阳极的工件上施加电压,在高温、电场等因素的作用下产生弧光放电,从而在以铝、钛、镁金属及其合金材料的表面上形成优质氧化陶瓷膜的方法。微弧氧化形成的氧化膜能够提高镁合金的耐磨性、耐蚀性以及机械强度,讨论陶瓷膜的生长特征,研究电参数对镁合金微弧氧化处理的影响,对于促进微弧氧化技术的发展,具有十分重要的意义。 微弧氧化膜层是多孔结构,对耐蚀性能和耐磨性能的提高不利,对膜层进行封孔处理将有助于提高镁合金的耐蚀性和耐磨性。本论文在Na2SiO3-Na3PO4复合电解液体系下,用微弧氧化技术在AZ91D镁合金表面原位制备一层致密的陶瓷膜,然后通过溶胶一凝胶技术对其进行封孔处理,在氧化膜表面获得性能更加优良的溶胶一凝胶复合膜。用SEM观察陶瓷膜的表面形貌；XRD分析膜层的相结构；电化学极化测试膜层的耐腐蚀性能；往复摩擦磨损实验测量膜层的磨损性能,紫外光分光光度计测量复合膜的光催化性能。主要研究结果如下： (1)微弧氧化后,在镁合金表面形成了一层绝缘特征的氧化膜,表面有许多类似于“火山口”状的喷射孔。随着氧化时间的延长,AZ91D镁合金表面微弧氧化膜的孔径和熔融颗粒逐渐增大,但总数量呈减少的趋势；随着氧化时间的延长,氧化膜的厚度逐渐增加,但生长速率逐渐减慢。 (2)电流密度的变化会对膜层的截面形貌产生显著的影响,当电流密度较小时,氧化膜厚度随着电流密度的增加而快速增加,当电流密度增加到一定值后,氧化膜厚度反而降低,当电流密度为10A/dm2时,氧化膜层最厚。 (3)在Na2SiO3-Na3PO4复合体系下,调节氧化时间和电流密度,在不同氧化时间和电流密度下获得的陶瓷膜主要由MgSiO3、Mg2SiO4、 Mg3(PO4)2、MgO以及Mg相构成,其中以Mg2SiO4、MgSiO3相为主。溶胶一凝胶处理后,膜层中增加了TiO2相。 (4)微弧氧化后,腐蚀电流密度和腐蚀速率较基体发生了很大的变化,但并不是氧化时间和电流密度越大越好,它还与膜层的致密性有关。微弧氧化20min时,膜层耐蚀性最好；当电流密度为10A/dm2时,陶瓷膜的耐蚀性能最好。 (5)微弧氧化处理后,能够显著降低AZ91D基体的磨损率,且微弧氧化试样的比磨损率随着氧化时间的延长而减少,微弧氧化处理30min时,氧化膜最厚,耐磨性最好,磨损率约为基体的1/l0。 (6)溶胶一凝胶处理后,微弧氧化膜表面的微孔明显减少,氧化复合膜的自腐蚀电位比微弧氧化后未封孔处理的电位提高206mV,腐蚀速率降低两个数量级,提高镁合金的耐腐蚀性能；溶胶—凝胶处理复合膜的比磨损率小于氧化膜的比磨损率,约为基体的1/7。 (7)溶胶—凝胶处理后,膜层具有一定的光催化性能,光降解率可以达到20%。
【关键词】：镁合金 微弧氧化 耐蚀性 耐磨性 溶胶-凝胶 封孔处理
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 镁合金的特点和应用13-14
• 1.1.1 镁合金的特性13
• 1.1.2 镁合金的应用13-14
• 1.2 传统镁合金的表面处理技术14-17
• 1.2.1 阳极氧化14-15
• 1.2.2 化学转化膜处理15
• 1.2.3 气相沉积转化膜15-16
• 1.2.4 金属涂镀处理16
• 1.2.5 其他表面处理方法16-17
• 1.3 微弧氧化技术17-20
• 1.3.1 微弧氧化技术的研究现状17-18
• 1.3.2 微弧氧化技术的工艺特点18
• 1.3.3 微弧氧化技术的影响因素18-19
• 1.3.4 微弧氧化技术的应用前景19-20
• 1.4 微弧氧化后处理20
• 1.5 本文的提出及主要研究内容20-23
• 1.5.1 本课题提出20-21
• 1.5.2 主要研究内容21-23
• 第二章 实验方案与设备23-29
• 2.1 实验材料与药品23-24
• 2.1.1 基体材料23
• 2.1.2 实验试剂23-24
• 2.2 实验装置24-25
• 2.3 实验方法25-26
• 2.3.1 基体前处理及工艺路线25
• 2.3.2 实验方案25-26
• 2.4 实验所用表征方法26-29
• 2.4.1 表面微观形貌观察26
• 2.4.2 微弧氧化膜层的相和化学元素组成26
• 2.4.3 膜层厚度测试26-27
• 2.4.4 腐蚀性能测试27
• 2.4.5 膜层的光催化性能测试27-28
• 2.4.6 磨损性能检测28-29
• 第三章 微弧氧化膜的生长特性29-35
• 3.1 恒流模式下电压随时间的变化曲线29-30
• 3.2 不同电流下电压变化规律30-31
• 3.3 微弧氧化的生长阶段31-32
• 3.4 微弧氧化膜的截面变化规律32-33
• 3.5 小结33-35
• 第四章 氧化时间对微弧氧化膜的影响35-49
• 4.1 氧化时间对表面形貌的影响35-36
• 4.2 微弧氧化膜的相组成36-38
• 4.3 微弧氧化膜的EDS分析38-39
• 4.4 氧化时间对截面厚度的影响39-41
• 4.5 氧化时间对耐蚀性能的影响41-42
• 4.6 氧化时间对磨损性能的影响42-47
• 4.6.1 摩擦系数42-44
• 4.6.2 磨痕形貌44-45
• 4.6.3 磨损率45-47
• 4.7 小结47-49
• 第五章 电流密度对微弧氧化膜的影响49-57
• 5.1 电流密度对表面形貌的影响49-50
• 5.2 电流密度对截面厚度的影响50-52
• 5.3 电流密度对相组成的影响52-53
• 5.4 电流密度对氧化膜EDS的影响53
• 5.5 电流密度对耐蚀性能的影响53-55
• 5.6 小结55-57
• 第六章 镁合金微弧氧化膜的后处理及性能57-69
• 6.1 溶胶—凝胶膜层的制备57-58
• 6.2 溶胶—凝胶处理前后的表面形貌58-59
• 6.3 溶胶—凝胶处理前后的陶瓷相及成分分析59
• 6.4 溶胶—凝胶处理前后的EDS分析59-60
• 6.5 溶胶—凝胶处理对耐蚀性能的影响60-61
• 6.6 溶胶—凝胶处理前后的交流阻抗分析61-63
• 6.7 溶胶—凝胶处理对耐磨性能的影响63-66
• 6.7.1 摩擦系数63-64
• 6.7.2 磨痕形貌64
• 6.7.3 磨损率64-66
• 6.8 光催化性能66-67
• 6.9 小结67-69
• 第七章 结论69-71
• 参考文献71-77
• 致谢77-79
• 攻读学位期间发表的学术论文79

【引证文献】

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1 杨宗屿;李凡;;镁合金微弧氧化和溶胶-凝胶复合陶瓷膜的制备及性能研究[J];陶瓷;2015年05期

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本文编号：333391