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低热损耗镁合金微弧氧化工艺的研究

樊康乐  
【摘要】: 微弧氧化技术是一种在金属表面原位生长陶瓷膜的先进成型技术,是镁合金表面处理技术的重点发展方向。本文通过试验,对影响AZ91D镁合金微弧氧化热损耗的因素进行了研究,并制备了适合大规模工业化生产的低热损耗微弧氧化工艺设备和冷却系统。 在影响AZ91D镁合金微弧氧化热损耗的因素部分,借鉴微弧氧化目前已有和正在研究的电解液配方,参考前期尝试性试验结果,探索了在硅酸盐体系中,影响AZ91D镁合金微弧氧化的热损耗的因素。以微弧氧化溶液温度变化量、热损耗率、成膜速率、致密性作为评价指标,通过综合分析,直观分析、正交试验和方差分析,对影响AZ91D镁合金微弧氧化热损耗和膜层质量的控制模式、工艺参数、溶液重复使用次数和电解液配方进行了研究,确定最佳控制模式是恒流和逐步加压模式。最佳工艺参数为电流密度是9.0A/dm2、频率500Hz、微弧氧化时间20分钟。最佳试验次数为20次,并对随试验次数增加出现的白色沉淀物进行了研究,结果发现白色沉淀物为非晶态化合物,以胶体形式出现,使电解液粘度增加,造成离子扩散变慢,热损耗增大,膜层质量变差。对电解液成分的研究表明:最佳添加剂组成是丙三醇为15ml/L、钨酸钠0.5g/L、钠二EDTA 1g/L;最佳NaOH质量浓度为2.0g/L;研究发现,在Na2 SiO3、(NaPO3)6和NaAlO2三种溶液体系中,随溶液浓度的增大,以Na2 SiO3溶液体系中的热损耗变化量最小,而以(NaPO3)6中热损耗变化量最大,并发现Na2 SiO3溶液体系制得的膜层质量较好。在最佳电解液配方和工艺参数条件下的微弧氧化热损耗率相对较低、成膜速率大、膜厚致密度高。借助SEM、EDS和XRD分析可知陶瓷膜微观表面形貌、截面形貌和相组成,对低热损耗微弧氧化膜层微观表面形貌和截面形貌进行SEM观察分析发现:膜层表面是由许多微孔构成的网状结构;膜层截面由致密层和疏松层组成;对低热损耗微弧氧化膜层进行XRD物相分析发现:氧化膜层主要是由MgO、Al2O3和MgAl2O4组成。 在制备适合工业化生产的微弧氧化设备和冷却系统部分,制备了适合工业化生产的微弧氧化电解槽、中间槽等和冷却系统,经过调试,该设备和冷却系统能够完全适应大规模工业化生产。


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