镁合金防护策略与微弧氧化技术的应用

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1、镁合金防护策略与微弧氧化技术的应用张伟杜克勤严川伟(中国科学院金属研究所，金属腐蚀与防护国家重点实验室。沈阳，110016，mail：ewyan@imr．ac．cnl镁合金由于其质■小，比铝轻，而且具有相当好的散热性、吸收振动性以及良好的电磁屏蔽性与机械加工性能等优势，成为当今最有发展前景的轻金属材料【11。但是．由于镁的标准电极电位为．2．37V，是所有结构材料中最低的，当镁与其它金属接触构成电偶对而发生电化学腐蚀时．它总是作为阳极而首先遭受破坏【21。而且由于镁化学性质活泼。在空气中与氧能够形成一层很薄的氧化

2、膜，但氧化膜疏松，其PBR小于10]，不能对镁基体起到保护作用，所以镁合金的耐蚀性差。是限制镁合金应用的最主要的因素；而采取相应的表面处理技术予以改善是一种最有效的途径。微弧氧(匕(plasmaElectrolyticOxidation或Micro．arcOxidation)是--种在金属表面原位生长陶瓷性氧化膜的表面技术。是一种特殊的阳极氧化【41。由于采用较高的电压，氧化过程除发生电化学反应外，还包括等寓子化学、热化学反应，伴随有等离子徽弧放电现象。正是由于等离子体放电所造成的局部高温高压烧结作用，使所形成的

3、氧化膜具有晶态的陶瓷性结构。该氧化膜结合力优良。并且硬度，耐磨性以及强度较高【5～。另外，徽弧氧化还是一种环境友好的技术。然而，由于成膜时的等离子烧结特性及形成氧化物的体积效应等原因所致镁合金的微弧氧化膜是一种孔隙较大(微米级)的疏松多孔结构，大大影响其防护能力。因此研究与改善氧化膜的致密性是基于徽弧氧化技术进行腐蚀防护及表面功能化的核心内容。本文对徼弧氧化技术的特点．工艺特性、氧化膜的性能指标等进行了分析。并结合本实验室的相应研究，阐述7制备防护性与功能性氧化膜的技术要点。PEO氧化膜的自身致密化图l(a卜(b

4、)分别为在单向脉冲模式下，在不舍添加剂(S-KF-A膜)和加入添加剂(S．KF234膜1的KF电解液中制备的PEO陶瓷膜的表面形貌。可以看到．s．KF．A陶瓷膜和s—KF陶瓷膜的表面形貌有些相似．其表面都是由大■烧结的陶瓷颗粒堆积而成的，并且在堆积的颧粒中间存在一些孔隙和裂缝。但s．KF．A陶瓷膜表面烧结颗粒更加细小．颗粒间堆积的更加紧密。图1fcl为在职向脉冲模式下在加人添加剂的KF电解液中所制备的氧化腻D-KF—A膜l的表面形貌发现D-KF-A陶瓷表面形貌完全不同于S-KF膜和s—KF·A膜。D—KF-A陶瓷

5、膜本身一个连续的整体整个膜层非常紧凑和致密，表面没有任何散落的烧结颗粒和明显的缺陷和徽裂纹。虽然表面残留少量撒孔，但这些微孔比较细小均匀．而且这些镦孔被认为交叉分布在膜层之中．而不贯穿基体”【。图l(dHD为三种PEO陶瓷膜的藏面形貌。可以看到．S-KF陶瓷膜显得非常的疏挫，内部存在较多的孔洞．并且在基体和陶瓷层的界面处存在了一定的裂纹和孔洞这将大大降低涂层和基体的结合力。SKF，A陶瓷膜的截面形貌如图】(c)所示，可见，S-KF．A陶瓷膜明显堪厚且变得致整．虽然外层的氧化膜中存在较大的孔洞但靠近基体的膜层内徽孔

6、的数量大大减少．且孔径变小．而且基体和涂层之间的结合显得更加紧密。D．KFA陶瓷胰的截面形貌如图】(n所示，在职脉冲电源模式下进行氧化后．膜层中的孔隙宰大大降低了。整个膜层均匀一致，膜厚约为50pan．膜层内部没有明显大尺寸的微孔，基体与膜层界面结合处，没有任何的孔隙和裂纹。图l在不同的工艺条件下制备的PEO氯化膜表面形貌和截面形貌二、PEO／涂层复合技术采用所开发的复台工艺对AZ91D镁台金徽弧氧化膜进行复合处理后．得到了均匀的表面层．且复合层厚度低．保留了原有徽弧氧化膜的颜色。为了进一步说明复台处理后膜层微观

7、组织特征及与基体的结台方式，通过SEM检测了陶瓷基复合涂层的表面和截面形貌特征如图2a和bk经过复台处理以后的AZ9ID镬台金微弧氧化膜的表面被用于复合处理的有机聚合物所覆盖，在有机涂层下隐约可见微弧氧化膜表面烧结颗粒的痕迹．大部分徽孔与微裂纹已被有机聚台物有效地填充。以上事实可以通过截面形貌特征f圉2b)得以验证通过复合处理的厚度下足59m的有机涂层与镦弧氧化膜之间通过物理镶嵌紧密结合在起i而且．用于复合处理的有机涂层可以渗透到外部疏松层中的大部分微孔与徽裂纹中f如图2b中的A、B和C区域k在复台缘层的表层．各

8、处有机聚合物涂层的厚度下等且随着微弧氧化膜凸凹的表面而起伏不同从而使作为一个整体的陶瓷基复合涂层具有较为均匀的膜层厚度，保证了陶瓷基复合涂层整体性能的均匀一致。圈2AZ91D镬台金表面陶瓷墓复合膜的表面(a)和麓面(b)形貌图3镁合金徽弧氧化陶瓷基复合涂层的电化学表征图3中啦线2和3在阳极区Tafel斜率的不同主要反应了镁台金陶瓷基复台涂层和徽弧氧化膜在35％NaCI碧液