镁合金微弧氧化及其复合膜的制备及性能研究

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1、声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：率凼立——日期：一竺!三=．垒：至——关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位

2、论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：轺幽z日期：竺!三：笪：星导师签名：j薹l堕吟日期：主!立LjI卜太原理1人学硕士!学位论文镁合金微弧氧化及其复合膜的制备及性能研究摘要镁及其合金材料具有低密度、高的比强度，是迄今在工程中应用的最轻的结构材料，成为许多生产商眼中取代传统金属的首要选择，已逐渐被应用于如汽车、电子、航空航天等彳<同行业。然而，镁及其合金较差的耐蚀性能和耐磨性能，严重限制了它的广泛应用。微弧氧化(Micro—arcoxidation，MAO)又称为等离子微弧氧化(PMAO)、阳极火花沉积(ASD)、火花放电阳极氧化(ANOF

3、)、火花阳极化工艺(SAP)。它是近年来备受关注的一种环保、无污染的金属表面处理技术，是在普通阳极氧化的基础上，利用专用的氧化电源，在作为阳极的工件卜施加电压，在高温、电场等因素的作用下产生弧光放电，从而在以铝、钛、镁金属及其合金材料的表面上形成优质氧化陶瓷膜的方法。微哥双氧化形成的氧化膜能够提高镁合金的耐磨性、耐蚀性以及机械强度，讨论陶瓷膜的生长特征，研究电参数对镁合金微弧氧化处理的影响，对于促进微弧氧化技术的发展，具有十分重要的意义。微弧氧化膜层是多孔结构，对耐蚀性能和耐磨性能的提高不利，对膜层进行封孔处理将有助于提高镁合金的耐蚀性和耐磨性。本论文在Na2Si03．Na3P04复合电

4、解液体系下，用微弧氧化技术在AZ91D镁合金表面原位制备一层致密的陶瓷膜，然后通过溶胶一凝胶技术对其进行封孔处理，在氧化膜表面获得性能更加优良的溶胶一凝胶复合膜。用SEM观察陶瓷膜的表面形貌；XRD分析膜层的相结构；电化学极化测试膜层的耐腐蚀性能；T太原理I：人学硕十学位论文往复摩擦磨损实验测量膜层的磨损性能，紫外光分光光度计测量复合膜的光催化性能。主要研究结果如下：(1)微弧氧化后，在镁合金表面形成了一层绝缘特征的氧化膜，表面有许多类似于“火山口”状的喷射孔。随着氧化时间的延长，AZ91D镁合金表面微弧氧化膜的孑L径和熔融颗粒逐渐增大，但总数量呈减少的趋势；随着氧化时问的延长，氧化膜的

5、厚度逐渐增加，但生长速率逐渐减慢。(2)电流密度的变化会对膜层的截面形貌产生显著的影响，当电流密度较小时，氧化膜厚度随着电流密度的增加而快速增加，当电流密度增加到一定值后，氧化膜厚度反而降低，当电流密度为10A／dm2时，氧化膜层最厚。(3)在Na2Si03-NasP04复合体系下，调节氧化时间和电流密度，在不同氧化时间和电流密度下获得的陶瓷膜主要由MgSi03、M92Si04、M93(P04)2、MgO以及Mg相构成，其中以M92Si04、MgSi03相为主。溶胶一凝胶处理后，膜层中增加了Ti02相。(4)微弧氧化后，腐蚀电流密度和腐蚀速率较基体发生了很大的变化，但并不是氧化时间和电流

6、密度越大越好，它还与膜层的致密性有关。微弧氧化20min时，膜层耐蚀性最好；当电流密度为10A／dm2时，陶瓷膜的耐蚀性能最好。(5)微弧氧化处理后，能够显著降低AZ91D基体的磨损率，且微弧氧化试样的比磨损率随着氧化时间的延长而减少，微弧氧化处理30min时，氧化膜最厚，耐磨性最好，磨损率约为基体的1／10。(6)溶胶一凝胶处理后，微弧氧化膜表面的微孔明显减少，氧化复合TT太原理工大学硕士学位论文膜的自腐蚀电位比微弧氧化后未封孔处理的电位提高206mV，腐蚀速率降低两个数量级，提高镁合金的耐腐蚀性能；溶胶一凝胶处理复合膜的比磨损率小于氧化膜的比磨损率，约为基体的1／7。(7)溶胶一凝胶

7、处理后，膜层具有一定的光催化性能，光降解率可以达到20％。关键词：镁合金，微弧氧化，耐蚀性，耐磨性，溶胶一凝胶，封孔处理III太原理工大学硕士学位论文Ⅳ太原理工大学硕士学位论文RESEARCHoNPREPARATIoNANDPERFORMANCEOFMICRo．ARCOXIDATIoNMoNoLAYERANDCoMPoSlTEFILMoNMAGNESIUMALLoYABSTRACTMagnesiumanditsalloysareth