镁合金原位封孔型微弧氧化膜层的成膜机理研究

发布时间：2017-08-01 19:00

  本文关键词：镁合金原位封孔型微弧氧化膜层的成膜机理研究

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【摘要】：镁合金是最轻的金属结构材料，密度只有铝的2/3，钢的1/4，而且具有优异的物理机械性能，在航空、航天、军工、民用等领域都有广阔的应用前景。但是镁合金的耐蚀性差，成为制约其发展的关键因素。目前，微弧氧化是一种理想的镁合金防护技术，具有价格低廉、环保、工艺简单等优点，但传统的微弧氧化膜中存在大量微孔，影响膜层的保护性。在前期工作中发展了一种新型氟钛酸盐微弧氧化电解液，获得的膜层中含有化学稳定性更高的钛氧化物，并且膜中的微孔在成膜过程被原位封闭，大大改善了氧化膜的致密性。新型微弧氧化膜的耐蚀性比传统微弧氧化膜的提高了5~6倍。针对这种新型微弧氧化技术，本文对成膜过程的电参数进行了优化，并对氧化膜的形成以及封孔物质的沉积过程进行研究。 采用单因素法考察了电流密度、氧化电压、氧化时间、频率及占空比对氧化膜质量的影响，最终确定了最佳的电参数条件：电流密度3A dm-2，恒流氧化至420V，无需再恒压处理，频率800Hz，正占空比30%。 成膜过程研究发现，在微弧氧化初期，基体表面形成一层致密的钝化膜，主要成分为MgO，MgF2和AlPO4。电解液中F离子的添加对初期形成钝化膜的致密性有积极的作用。在钝化膜击穿后一段时间，MgO成为主要的成膜物质。伴随着电压的升高，MgF2和MgO持续的生成，微孔尺寸逐渐增大，微孔数量有所降低。当氧化电压继续升高到一定值时，部分钛的氧化物以Ti3O5的形式开始生成，且含量逐渐增加，膜层颜色逐渐从乳白色转变为蓝色。当氧化电压达到300V时，部分微孔已实现自封闭，氧化至420V时，几乎所有微孔都有封孔物质的填充。 封孔物质的沉积过程研究发现，PB比大于1的钛氧化物在膜层表面以及微孔内壁的沉积有利于提高膜层的致密性,显著降低微孔数量，，提高微孔处释放的能量，大量能量释放所造成的微孔内外气压差使得氧化后期的成膜物质更倾向于沉积在微孔的内部而不是膜层表面。接下来的冷凝过程中，凝固点低的MgF2最后冷凝，从而实现了微孔的自封闭。实验数据显示，当膜层中钛元素的含量达到5at.%以上时，有利于MgF2在微孔内的沉积，而最终实现自封孔效果。
【关键词】：镁合金 微弧氧化 氟钛酸盐体系 耐腐蚀性 自封孔
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 微弧氧化的基本原理9-10
• 1.1.1 火花放电机理9-10
• 1.1.2 微弧氧化膜层生长过程10
• 1.2 微弧氧化的影响因素10-12
• 1.2.1 电解液的影响10-11
• 1.2.2 微弧氧化电源类型及工作模式的影响11
• 1.2.3 电参数的影响11-12
• 1.2.4 镁合金基体材料的影响12
• 1.3 镁合金微弧氧化的优化12-13
• 1.3.1 电解液的优化12
• 1.3.2 封孔处理工艺的优化12-13
• 1.4 本论文的研究目的和主要内容13-14
• 第2章 实验材料与研究方法14-17
• 2.1 实验材料及药品14
• 2.2 微弧氧化装置及膜层制备过程14-15
• 2.2.1 微弧氧化装置14-15
• 2.2.2 微弧氧化样品的制备15
• 2.3 膜层形貌、成分和性能分析15-17
• 2.3.1 膜层形貌和成分观察15-16
• 2.3.2 膜层的电化学分析16-17
• 第3章 镁合金新型氟钛酸盐体系微弧氧化电参数的优化17-31
• 3.1 引言17
• 3.2 实验方案及方法17-18
• 3.3 实验结果与分析18-30
• 3.3.1 电流密度对氧化膜的影响18-20
• 3.3.2 氧化电压对氧化膜的影响20-23
• 3.3.3 恒压时间对膜层的影响23-25
• 3.3.4 频率对膜层的影响25-27
• 3.3.5 占空比对膜层的影响27-28
• 3.3.6 新型电解液体系与传统电解液体系微弧氧化膜比较28-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第4章 新型氟钛酸盐电解液体系微弧氧化成膜机理研究31-50
• 4.1 引言31
• 4.2 实验方案及方法31-32
• 4.3 实验结果与分析32-48
• 4.3.1 新型与传统型微弧氧化膜层对比32
• 4.3.2 新型微弧氧化初期形成的钝化膜的研究32-35
• 4.3.3 成膜及封孔物质沉积过程研究35-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第5章 总结论50-51
• 参考文献51-56
• 在学研究成果56-57
• 致谢57

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：605691