恒壓模式下ZK60鎂合金微弧氧化工藝及成膜機(jī)制與膜層特征研究.pdf

1、ZK60鎂合金是高強(qiáng)度變形鎂合金中性能最為優(yōu)越的合金之一,為拓寬其應(yīng)用應(yīng)加強(qiáng)其表面腐蝕防護(hù)措施的研究。微弧氧化技術(shù)作為一項(xiàng)新興的表面處理技術(shù)可以在鋁、鎂、鈦等閥金屬表面原位生長(zhǎng)耐腐蝕性、耐磨性、絕緣性良好且具有高硬度的陶瓷氧化膜。以此為背景,本課題以ZK60變形鎂合金作為基體材料,選用鋁酸鹽-磷酸鹽復(fù)合電解液體系,進(jìn)行恒壓模式下的微弧氧化處理,研究了不同電壓作用方式以及電參數(shù)對(duì)微弧氧化膜層的影響,并初步探討了膜層的生長(zhǎng)機(jī)理以及膜層綜合性

2、能的表征。本課題從以下幾個(gè)方面開展了工作,并取得了創(chuàng)新性成果:
　　恒壓模式下,采用恒定電壓作用方式研究不同正向電壓對(duì)微弧氧化膜層組織與性能的影響,結(jié)果表明提高電壓有利于膜層的生長(zhǎng),過高的電壓易導(dǎo)致膜層成型疏松,耐蝕性較差。正向電壓280v時(shí),獲得膜層雖然較薄,但耐蝕性最佳。整體而言,采用此種電壓作用方式,微弧氧化后期易產(chǎn)生擊穿力不足現(xiàn)象,反應(yīng)極其微弱。
　　在此基礎(chǔ)上,引入階段升壓概念以改善氧化后期擊穿力不足的缺陷,以28

3、0v為基電壓,分別采用兩階段、三階段升壓模式進(jìn)行微弧氧化工藝研究,并分析不同的升壓幅度對(duì)微弧氧化膜層的影響,其結(jié)果表明,兩種升壓模式作用下,微弧氧化后期膜層重新?lián)舸┢鸹?再次快速生長(zhǎng),達(dá)到預(yù)想效果;隨升壓幅度增加,膜層表面熔融物堆積明顯,粗糙度變大,膜層增厚;280-360v兩階段升壓模式下獲得膜層耐蝕性能最優(yōu)。
　　隨后采用280-360v兩階段升壓模式,通過單變量實(shí)驗(yàn)分別研究負(fù)向電壓、占空比、頻率、氧化時(shí)間對(duì)膜層組織與耐蝕性能

4、的影響,并以此逐步優(yōu)化參數(shù)。結(jié)果表明提高負(fù)向電壓有利于加劇微弧放電反應(yīng),膜層厚度增加,耐蝕性增強(qiáng);占空比過大,大弧傾向嚴(yán)重,易破壞膜層,膜層耐蝕性差;頻率過小,反應(yīng)過程存在特殊性,膜層厚但不均勻;隨氧化時(shí)間增加,膜層生長(zhǎng)與溶解趨于平衡,厚度先增后減,相應(yīng)耐蝕性也先增強(qiáng)后減弱。較優(yōu)電參數(shù)為:正向電壓280-360v,負(fù)向電壓20v,占空比為30％,頻率為600Hz,微弧氧化時(shí)間為15min。
　　采用較優(yōu)的參數(shù)制備一系列微弧氧化膜層

5、,通過膜層微觀形態(tài)特點(diǎn),膜層生長(zhǎng)過程中的形貌及物相變化,膜層的元素含量分析,簡(jiǎn)單地建立了階段升壓模式下 MAO生長(zhǎng)模型及傳質(zhì)模型。微弧氧化膜層具有表面多孔性,其微孔具有類“火山口”形狀,膜層由疏松層與致密層組成,且膜基呈鋸齒狀結(jié)合。兩階段升壓模式下微弧氧化過程劃分為四階段:鈍化膜生成階段,均勻火花放電階段,微弧放電階段,微小火花放電階段;膜層主體相為MgO方鎂石和MgAl2O4尖晶石;MAO過程主要涉及中存在基體Mg元素與電解液Al,O