AZ31镁合金环保型阳极氧化工艺的研究

【摘要】：镁合金是工程中最轻的金属结构材料，在汽车、电子、航空等领域得到广泛的应用。AZ31镁合金具有良好的延展性和中等高强度，而且价格便宜，是目前商业化应用最普遍的变形镁合金，但镁合金的耐蚀性差使它的应用受到很大的限制。 阳极氧化工艺简单，生产成本低廉，具有多孔结构，可用于防护和装饰目的，并为进一步涂敷有机涂层提供良好的基底，阳极氧化是镁及其合金最常用的有效表面防护方法。 本文研究一种绿色环保型的镁合金阳极氧化电解液配方及其工艺。该配方不含铬酸盐及其它对环境和人类健康有害的组分，却能提高镁合金的耐蚀性。在此基础上，对影响镁合金阳极氧化成膜过程及膜层性能的因素进行了较为系统的研究，确定镁合金阳极氧化的最佳工艺。 使用恒电流技术进行阳极氧化，采用动电势极化测试技术对不同条件下所得氧化膜进行快速评价，利用扫描电镜观察阳极氧化膜的表面形貌，利用卧式显微镜测量氧化膜层厚度，同时观看膜层的侧面形貌，采用X射线衍射仪对氧化膜进行相组成分析，EDX对氧化膜层进行元素组成分析。研究结果表明： (1) 阳极氧化电解液的主要组成为KOH 50g·dm~(-3)、Na_2SiO_3 60g·dm~(3)、Na_2B_4O_7 40g·dm~(-3)时，可得到与基体结合力好，孔隙率低，耐蚀性能好的氧化膜。 (2) 以KOH 50g·dm~(-3)、Na_2SiO_3 60g·dm~(-3)、Na_2B_4O_7 40g·dm~(-3)为主盐的电解液里添加植酸后，可以在镁合金试样上得到耐蚀性能较好的阳极氧化膜层；植酸参加反应，其化合物以非晶态存在于氧化膜中。 (3) 在相同条件下，随氧化时间的延长，氧化膜增厚，但膜层增厚的同时表面也变得越来越粗糙，膜层中的孔隙率也随着增加，微孔增大；在相同的条件下改变电流密度，电流密度大，膜层生长快，但过大的电流密度下生成的膜层粗糙，较小的电流密度下生成的膜层光滑，但较薄。通过以上的结果可以看出，阳极氧化工艺要根据不同的要求对工艺参数进行匹配调整。 (4) 对阳极氧化膜层进行封孔处理的试样比未进行封孔处理的试样耐蚀性有所提高。采用化学镀镍进行封孔对提高氧化膜的耐蚀性要比使用传统的硅酸盐好很多。所以，使用化学镀镍方法封孔可以大幅度的提高镁合金阳极氧化膜的耐蚀性。化学镀镍的镀层性能与化学镀时间有着重要的关系，随着化学镀镍时间的延长，沉积颗粒增大，镀覆度也增加，从而提高了膜层的耐蚀性。