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镁合金微弧氧化膜的制备、表征及其性能研究

李颂  
【摘要】: 本文在AZ91镁合金基体表面制备了微弧氧化陶瓷层,开发出高效、环保的新型镁合金微弧氧化电解液并系统优化了微弧氧化的电源参数;利用SEM、XRD、XPS、FTIR等手段对膜层的微观组织结构进行了分析;测试了膜层的耐腐蚀、耐磨损和硬度、抗拉强度等性能。 实验发现,控制微弧氧化电源的电源参数,可以改变膜层表面的圆盘状结构及中间微孔的大小,同时疏松层和致密层的比例也发生改变。在微弧氧化过程中施加负脉冲电压,可明显减小疏松层的比例,促进O、P元素向基体内渗透。 膜厚与氧化时间成抛物线关系。随着氧化时间的延长,致密层所占的比例呈现先升高又下降的趋势,而膜层向基体内生长的比例呈一直升高趋势。氧化时间过长会导致靠近基体的部分致密层中存在较多的气孔、裂纹等缺陷。首次采用Mat lab软件编程计算了微弧氧化膜层表面的孔隙率,为研究膜层特殊的多孔结构提供了新的表征手段。 通过研究不同工艺条件下制备的镁合金微弧氧化膜层中尖晶石相和方镁石相的比例,首次提出该比例在0.6~1.0范围内时,膜层的耐蚀性明显提高。首次研究了镁合金微弧氧化膜层的润湿性问题。不同工艺条件下制得的微弧氧化膜层与水的接触角差别很大。适当增加膜层的孔隙率,有利于提高接触角。增加微弧氧化膜层表面的微孔数量的同时,减小孔径并使之均匀分布,对提高其表面的疏水性起着决定性的作用。 无论是在点滴实验、电化学实验还是在盐雾腐蚀实验中,微弧氧化膜层都表现出很好的耐蚀性,和基体相比,微弧氧化膜层的耐蚀性大幅提高。首次研究了中性盐雾腐蚀环境中膜层的典型腐蚀形貌,并建立了丝状腐蚀区形成的机理模型。 膜层的表面粗糙度、耐磨性、硬度及拉伸性能的测试结果表明铝酸盐体系中制备的微弧氧化膜层具有良好的综合性能。 本论文所开发的镁合金微弧氧化工艺具有一定的实用价值,在工业应用上取得了初步的成功。


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