3纳米粒子增强阳极氧化膜成膜机制及性能研究

发布时间：2016-11-24 07:19

  本文关键词：镁合金表面Al_2O_3纳米粒子增强阳极氧化膜成膜机制及性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《重庆大学》 2015年

镁合金表面Al_2O_3纳米粒子增强阳极氧化膜成膜机制及性能研究

沟引宁  

【摘要】：为了进一步提高镁合金表面阳极氧化膜的耐蚀和耐磨性能,本文通过在NaOH-Na2SiO3基础电解液中添加氨基酸类有机添加剂、纳米Al2O3颗粒添加剂和Al2O3溶胶添加剂,提出了一种低电压、低温、绿色环保型镁合金复合阳极氧化技术,在AZ31镁合金表面制备了不同类型的复合氧化膜。通过对添加氨基酸类有机添加剂前后镁合金阳极氧化过程和氧化膜厚度、结构、表面形貌、相组成及其耐蚀性能的结果分析,发现氨基酸类有机添加剂可以抑制火花放电,提高氧化膜的击穿电压,增加氧化膜的厚度,提高氧化膜的表面光洁度。但是氨基酸类有机添加剂并未改变氧化膜的化学成分和相结构。其中乙二胺四乙酸(EDTA)和L-鸟氨酸醋酸盐的抑弧能力较强,加入电解液后可在镁合金表面得到孔洞细小、均匀、连续致密的氧化膜,从而使氧化膜的耐蚀性得到较大程度的提高。第一性原理计算结果表明,L-鸟氨酸醋酸盐在碱性阳极氧化电解液中能够和Mg表面通过δ-NH2的N原子(Mg-N)和羧基的O原子(Mg-O)之间形成配位键而产生很强的化学吸附。氨基酸类有机添加剂主要通过缓蚀、抑弧和表面活性剂的综合作用改变镁合金/电解液的界面行为,影响阳极氧化的过程,获得孔径细小、均匀,连续致密的氧化膜,从而改善氧化膜的耐蚀性。通过在环保型镁合金阳极氧化电解液中添加纳米Al2O3颗粒,在AZ31镁合金表面成功制备了包含纳米颗粒的复合阳极氧化膜。实验研究结果发现,复合氧化膜表面具有多孔的特征。电解液中Al2O3纳米颗粒的加入并没有改变镁合金阳极氧化的基本过程,也没有改变氧化膜致密层和多孔层的结构。复合阳极氧化膜由MgO、Mg2SiO4和α-Al2O3相组成。Al2O3纳米颗粒主要以三种形式存在于复合氧化膜中:a、一些Al2O3颗粒吸附在氧化膜表面;b、另一些Al2O3颗粒吸附在氧化膜多孔层的孔隙中;c、还有一些颗粒被放电通道喷射出来的熔融氧化镁凝固后包裹在氧化膜中。与不包含纳米颗粒的普通氧化膜相比,复合阳极氧化膜表现出了优异的耐腐蚀性能和耐磨性能。采用溶胶化学与电化学相结合的新型阳极氧化方法,将自制的Al2O3溶胶添加到电解液中进行阳极氧化。通过对不同溶胶添加量下的溶液电导率、反应击穿电压、氧化膜厚度及微观形貌、膜层相结构、耐蚀性和耐磨性结果分析,来探讨溶胶粒子在阳极氧化过程中的作用。结果表明:Al2O3溶胶的加入,降低了镁合金阳极氧化电解液的电导率,提高了阳极氧化的击穿电压,使得氧化膜厚度增加。但氧化膜的相结构没有发生变化。氧化膜的耐蚀性和耐磨性均得到了不同程度的改善,Al2O3溶胶添加量为10%vol时,得到的氧化膜耐蚀性和耐磨性最优。对镁合金表面复合阳极氧化膜的封孔工艺进行了初步探索,优化出了两种新的绿色环保型镁合金复合阳极氧化膜的封孔工艺:溶胶三次封孔和稀土封孔,封孔后氧化膜的耐蚀性得到大幅度提高,而且这两种封孔工艺对环境无污染,有较强的开发应用前景。

【关键词】：
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

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