AZ91D鎂合金微弧氧化Y2O3-ZrO2-MgO復(fù)合膜的制備及性能研究.pdf

1、微弧氧化被公認(rèn)為鎂合金表面處理中最有發(fā)展前途的方法之一。鎂合金經(jīng)微弧氧化處理后,可在其表面形成一層陶瓷膜層,該膜層具有高耐蝕性、高耐磨性和耐熱性等。目前,鎂合金微弧氧化常用的電解液為硅酸鹽系電解液,微弧氧化膜層主要由MgO、Mg2SiO4和MgAl2O4組成。這些復(fù)合氧化物陶瓷脆性大,其線膨脹系數(shù)與基體金屬相差較大,易開裂、脫落,失去對(duì)基體金屬的保護(hù)作用。因此,開發(fā)具有良好韌性、與基體金屬線膨脹系數(shù)相差較小的微弧氧化膜層是鎂合金微弧氧化

2、研究中一項(xiàng)非常有意義的工作。
　　本文分別采用含Y(NO3)3的電解液微弧氧化(Micro-arc oxidation,MAO)和Y(NO3)3浸泡預(yù)處理后微弧氧化工藝,在AZ91D鎂合金表面制備了Y2O3-ZrO2-MgO復(fù)合膜和YSZ-MgO膜。借助SEM、EDX、XRD等分析了膜層的微觀形貌、成分和相組成;采用動(dòng)極化測試、全浸泡腐蝕試驗(yàn)、高溫氧化試驗(yàn)和抗熱沖擊試驗(yàn)對(duì)比研究了Y2O3-ZrO2-MgO復(fù)合膜、YSZ-MgO膜、

3、普通微弧氧化膜和含ZrO2微弧氧化膜的耐蝕性和耐熱性,獲得了如下研究結(jié)果。
　　在NaAlO2-K2ZrF6-KOH電解液中添加Y(NO3)3,利用微弧氧化制備了Y2O3-ZrO2-MgO復(fù)合膜。和普通硅酸鹽電解液中MAO膜相比,該工藝制備的膜層表面孔洞尺寸較小且分布均勻,致密性好;膜層主要由MgO,MgAl2O4,ZrO2,Y2O3等物相組成,其中Y2O3占(Y2O3+ZrO2)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.13％。動(dòng)極化曲線的測試結(jié)果表明,Y

4、2O3-ZrO2-MgO復(fù)合膜比普通的MAO膜具有更小的腐蝕電流密度,極化電阻提高了近一倍。在5wt％NaCl水溶液中,Y2O3-ZrO2-MgO復(fù)合膜的腐蝕速率較普通微弧氧化膜下降了10％,僅為未處理鎂合金的1％。在410℃高溫氧化試驗(yàn)中, Y2O3-ZrO2-MgO膜的氧化增重速率顯著低于未經(jīng)微弧氧化處理鎂合金試樣和普通的MAO膜層,在500℃的耐熱沖擊試驗(yàn)中,Y2O3-ZrO2-MgO膜較普通的MAO膜層具備更好的耐熱沖擊性能。<

5、br>　　采用Y(NO3)3溶液浸泡預(yù)處理鎂合金,能在鎂合金表面形成一層Y2O3晶體和Y(OH)3非晶體的薄膜,在NaSiO3-K2ZrF6-KOH電解液中對(duì)預(yù)處理后的鎂合金試樣進(jìn)行微弧氧化,可制備Y2O3占(Y2O3+ZrO2)含量為26.78％的Y2O3-ZrO2-MgO復(fù)合膜(簡稱為YSZ-MgO膜),與未經(jīng)預(yù)處理鎂合金微弧氧化制備的ZrO2-MgO膜相比,YSZ-MgO膜層的致密性較好,表面孔洞細(xì)小且分布均勻。
　　腐蝕試

6、驗(yàn)結(jié)果表明,與ZrO2-MgO膜相比,YSZ-MgO膜層的腐蝕電流密度較小,自腐蝕電位較正,極化阻抗較高,在5％NaCl溶液浸泡120小時(shí)后,YSZ-MgO膜的腐蝕速率較ZrO2-MgO膜下降了66％,且顯著低于未經(jīng)微弧氧化處理鎂合金試樣。在410℃高溫氧化試驗(yàn)中,YSZ-MgO膜相比于ZrO2-MgO膜具有更好的抗高溫氧化性能;在500℃的熱沖擊循環(huán)實(shí)驗(yàn)中,YSZ-MgO的耐熱沖擊循環(huán)次數(shù)也顯著高于ZrO2-MgO膜。DTA/TG分析