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Mg_2B_2O_5w/AZ91D镁基复合材料及其阳极氧化膜的耐蚀性研究

严兴菊  
【摘要】:金属镁及其合金是最轻且已实用的金属结构材料,具有高的比强度、比刚度和减震性,而且易于回收,在汽车、3C、航空等领域得到广泛的应用。然而迄今为止,作为结构材料的镁合金,其应用与现实之间存在巨大的差距。其主要原因就是:镁合金的耐蚀性、机械性能、及高温蠕变性能较差。晶须具有密度低、强度高、模量大、耐磨性好、抗腐蚀等优异的性能,其增强的复合材料具有较好的机械性能、物理和化学性能。Mg_2B_2O_5晶须作为一种非常便宜且性能较佳的新型无机晶须增强材料,其增强的镁基复合材料具有较好的机械性能、物理和化学性能,但是到目前为止,研究较多的是关于Mg_2B_2O_5晶须增强金属基复合材料的制备工艺、组织结构特征及其增强机理,然而有关其耐腐蚀性能的研究尚未报到。因此,研究Mg_2B_2O_5w增强镁基复合材料及其阳极氧化膜的耐蚀性,这对镁基复合材料的广泛应用具有重大意义。 本文以Mg_2B_2O_5w(wt.30 %)增强的AZ91D镁基复合材料为研究对象,采用失重法,极化方法和扫描电镜等方法,首先对镁基复合材料进行了耐蚀性实验,主要研究了影响Mg_2B_2O_5w/AZ91D镁基复合材料耐蚀性的主要因素,并对其进行阳极氧化处理,研究了不同阳极氧化工艺条件对氧化膜耐蚀性的影响。研究结果表明: (1)相组织中第二相(β- Mg_(17)Al_(12))的数量、分布对镁基复合材料耐蚀性有很大的影响。镁基复合材料的耐蚀性随β相的变化呈下降趋势:β相呈不连续的均匀分布且数量较多、β相较少以及β相增多聚集呈不连续的块状分布。 (2)晶须的引入降低了镁基复合材料的耐蚀性。通过比较AZ91D镁合金与镁基复合材料两种材料的腐蚀速度-时间关系曲线发现,镁基复合材料的腐蚀速度一直大于AZ91D镁合金的腐蚀速度;利用SEM对腐蚀后试样的表面形貌观察发现,AZ91D镁合金表面出现较均匀的腐蚀,复合材料出现局部腐蚀,并且晶须周围的腐蚀相对基体较严重。 (3) Cl~-对镁基复合材料的Mg(OH)_2氧化膜起破坏作用。镁基复合材料的腐蚀速度随NaCl溶液浓度的增加而增大;在不同浓度的NaCl溶液中,随时间的延长,复合材料的平均腐蚀速度呈现出不同的变化趋势:当NaCl溶液浓度为3 %时,随着腐蚀时间的延长,复合材料的平均腐蚀速度呈现出较平稳的上升趋势;当NaCl溶液浓度为15 %时,随时间的延长,复合材料的腐蚀速度出现V型变化,并且出现了负差数效应现象。利用SEM对腐蚀后试样的表面形貌观察发现,镁基复合材料的腐蚀是以点蚀开始的,并且基体表面出现呈团聚状的晶须。 (4)通过阳极氧化处理后的镁基复合材料的耐蚀性提高。其中,阳极氧化膜的耐蚀性能在一定的电压范围内随电压的升高而提高;电解液成分中K2SiO3的加入使氧化膜中含有MgSiO_3,且氧化膜的耐蚀性也提高,但是它的加入又会减慢阳极氧化成膜的速度,所以阳极氧化时应严格控制K_2SiO_3的浓度在一定的范围之内;KF浓度的提高在阳极氧化过程中增加了镁基复合材料成膜的速度。最后得到当阳极氧化工艺参数为U = 80 V,电解液成分及浓度为8 g/L KOH + 8 g/L KF + 12 g/L K_2SiO_3,时间t = 30 min,温度T = 10℃时,阳极氧化膜均匀、致密、与基体的结合力分数为98,并且耐蚀性也最好。


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