| 题名 | 镁合金表面陶瓷基防护涂层的制备与性能表征 |
| 作者 | 段红平 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2006-12-17 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 王福会 |
| 关键词 | 镁合金 微弧氧化 陶瓷膜 复合涂层 耐蚀性 |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 镁及其合金因其低密度、高比强度和比刚度等优异的物理和机械性能，在汽车、电子、家电、通信以及航天、航空等领域的应用日益增多。但是镁合金耐蚀性能差的特性却大大地限制了其应用和发展，特别是在苛刻条件下的使用。因此，镁及其合金在实际使用前必须进行一定的表面防护性处理。近年来，在阳极氧化基础上发展起来的微弧氧化技术已经作为镁合金表面防护处理技术中最有效的方法而受到越来越广泛的重视。 为了系统的探讨镁合金微弧氧化过程中电解质溶液组成、电源模式及基体合金的组成对所生成的氧化膜耐蚀性等膜层特性的影响，并筛选性能优异的镁合金微弧氧化膜的制备工艺，分别考察了单向（正向）脉冲和双向（正反向）脉冲的电源模式下，各添加剂体系中所生成的微弧氧化膜的性能。结果表明，在碱性的硅酸盐体系中分别添加一定量的磷酸盐、氟化物、铝酸盐和硼酸盐均可以增加膜层生长速率，提高膜层耐蚀性能；单向脉冲模式下，采用氟化物和硼酸盐复配的体系可以同时显著增加膜层的生长速率和膜层致密性，即明显提高氧化膜的耐蚀性；在双向脉冲模式下，采用氟化物和硼酸盐复配的体系虽然可以显著增加膜层的生长速率但膜层致密性略差，氧化膜的耐蚀性能也未明显提高；与AZ91D镁合金在DOW17工艺中所得的阳极氧化膜相比，微弧氧化所得的膜层耐蚀性大大提高，如自腐蚀电流值降低3个数量级，极化电阻值提高了2个数量级。金属基体的合金成分一定程度的影响镁合金微弧氧化膜的元素组成和相结构，并进一步影响陶瓷膜层的耐蚀性能；微弧氧化过程中所采用的电源模式，主要是通过影响反应过程中火花放电击穿及等离子体反应的能量来影响膜层的生长速率，进而影响微弧氧化膜层的组织形貌。 由于微弧氧化处理过程中的火花放电击穿过程在氧化膜中产生火花放电微孔，且氧化镁的PBR<1，因此镁合金进行微弧氧化处理后试样表面不可避免地存在大量微孔。高的孔隙率极易吸附外界的腐蚀性介质，从而造成膜层耐蚀性的大大降低。基于不影响镁合金微弧氧化陶瓷层机械性能的基础上增加陶瓷膜致密性的考虑，本文开发了一种有效的复合处理技术——低压多次浸入技术。该技术通过低真空度条件下，将特殊的有机涂层注入AZ91D镁合金微弧氧化膜微孔和缝隙之中，并在适当的温度下进行热处理，从而得到低孔隙率的镁合金陶瓷基复合涂层。通过对陶瓷基复合膜层的结构、组成和耐蚀性的分析表明：复合层与微弧氧化陶瓷层之间呈犬牙交错状，不仅均匀覆盖于微弧氧化膜表面，而且渗入到镁合金微弧氧化陶瓷层的微孔和微裂纹之中；同时，封孔层具有适当的厚度，在消除了微弧氧化膜结构缺陷的同时保持了微弧氧化膜的陶瓷特性；所得的陶瓷基复合涂层在浸泡实验和盐雾试验中延缓了腐蚀介质及腐蚀产物在微弧氧化膜层的孔洞或微裂纹中的传递，从而延缓了腐蚀通道的形成，因而大幅度的提高了镁合金的耐蚀性能。 由于微弧氧化过程是在镁合金表面原位生长陶瓷层的方法，因此，使得所生成的氧化膜与镁合金基体之间具有良好的结合力；同时由于微弧氧化过程中的高温烧结特性，使得镁合金微弧氧化膜具有较高的硬度、良好的抗磨损性能及优异的抗冷热冲击性能；但是由于微弧氧化成膜过程中，伴随有很大的热效应，因此造成试样的抗疲劳断裂强度明显地降低。 为了更好的理解镁合金微弧氧化成膜过程，考察了AZ91D镁合金在碱性硅酸盐体系中进行微弧氧化处理时，试样表面的火花放电现象、膜层的组织形貌和元素组成随着外加电压及反应时间的变化规律。结果表明：随着氧化电压的增加和氧化时间的延长，火花放电强度增加，微弧氧化膜中的火花放电微孔数目降低，微孔的孔径与火花放电烧结颗粒的粒径增加；AZ91D镁合金的微弧氧化膜主要由O、Mg、Al、Si四种元素组成；在氧化初期，α相表面的氧化膜较β相表面的氧化膜具有更高的生长速率，且膜层中各组成元素的含量变化较大；Al元素或F元素在微弧氧化膜/金属基体界面处存在元素富集峰。此外，通过对镁合金微弧氧化膜的电子性能的考察发现，微弧氧化处理前后的AZ91D镁合金在微弧氧化液中均表现出n-型半导体特性，氧化膜的生长过程中离子的传导遵循遵守场助传导机制，随着氧化时间的延长和氧化电压的增加，电极的载流子密度逐渐降低。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 135 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16994]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 段红平. 镁合金表面陶瓷基防护涂层的制备与性能表征[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2006. |
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