AZ91D鎂合金陽(yáng)極氧化與熱擴(kuò)散滲鋁復(fù)合膜層

以50.0g/lnaoh+10.0g/lh3bo3+20.0g/lna2b4o7.10h2o為基礎(chǔ)電解液,采用恒電位模式,研究了幾種添加劑對(duì)az31鎂合金陽(yáng)極氧化膜性能的影響。采用掃描電鏡、點(diǎn)滴實(shí)驗(yàn)和極化曲線分別對(duì)陽(yáng)極氧化膜的表面形貌和耐蝕性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明:硅酸鈉的最佳質(zhì)量濃度為10.0g/l,檸檬酸鈉的最佳質(zhì)量濃度為7.5g/l,草酸鈉的最佳質(zhì)量濃度為0.2g/l。硅酸鈉增強(qiáng)了火花放電的劇烈程度,檸檬酸鈉減緩了火花放電,而添加草酸鈉后為無(wú)火花放電。

自制dsp控制的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了方波、交變方波、雙極性方波和直流四種模式,并應(yīng)用于az91d鎂合金的陽(yáng)極氧化.采用掃描電鏡(sem)、x射線衍射儀(xrd)、極化曲線和電化學(xué)阻抗譜研究了氧化膜的形貌、成分和腐蝕性能,初步探明脈沖電源的占空比,頻率和電壓等參數(shù)對(duì)陽(yáng)極氧化過(guò)程和氧化膜耐蝕性能的影響.

回顧鎂合金陽(yáng)極氧化歷史,介紹制備工藝、電解液組成及作用,同時(shí)對(duì)鎂合金陽(yáng)極氧化機(jī)理進(jìn)行探討。隨著人類(lèi)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),世界能源的緊缺和氧化設(shè)備的不斷更新,認(rèn)為電參數(shù)如頻率、占空比、電壓和電流密度對(duì)氧化膜性能的影響、陽(yáng)極氧化電流效率的測(cè)定、氧化膜擴(kuò)散規(guī)律的研究和環(huán)保型電解液的開(kāi)發(fā)為未來(lái)鎂合金陽(yáng)極氧化研究的重點(diǎn)。

利用正交試驗(yàn)確定了陽(yáng)極氧化電解液配方,通過(guò)比較鑄造態(tài)和加工態(tài)az40鎂合金金相組織、陽(yáng)極氧化膜表面形貌、極化曲線,解釋加工狀態(tài)對(duì)az40鎂合金陽(yáng)極氧化耐蝕性的影響。結(jié)果表明,加工態(tài)鎂合金的腐蝕速率為87.73202mg/(m2.h),鑄造態(tài)鎂合金的腐蝕速率為106.37mg/(m2.h)。由于加工態(tài)鎂合金的合金元素參與陽(yáng)極氧化,使膜層結(jié)合更致密,表面幾乎沒(méi)有裂紋,對(duì)基體更具有保護(hù)性。

用交流穩(wěn)壓法和正交試驗(yàn)法對(duì)az40鎂合金進(jìn)行了陽(yáng)極氧化試驗(yàn),開(kāi)發(fā)出了一種新型環(huán)保型鎂合金陽(yáng)極氧化的電解液配方,添加一種新的成膜添加劑后,成膜速度加快;形成的陽(yáng)極氧化膜有良好的耐腐蝕性;經(jīng)過(guò)封孔工藝處理后,其自腐蝕電流密度為0.503μa/cm2;xrd分析表明氧化膜主要由基體元素mg及其氧化物mgo組成,另外還含有sio2和鎂的硅酸鹽;sem結(jié)果顯示氧化膜呈完整的陶瓷狀態(tài)。

在由氨水、有機(jī)胺、na2sio3、na2b4o7和添加劑組成的電解液中,以恒電流方式對(duì)az91d鎂合金進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理,并研究了電解液各組分濃度對(duì)az91d鎂合金陽(yáng)極氧化膜層硬度的影響規(guī)律。結(jié)果表明,電解液各組分濃度對(duì)膜層硬度有不同程度的影響:有機(jī)胺具有抑制火花放電、提高膜層硬度和降低膜層粗糙度的作用;na2sio3是提高膜層硬度的主要成分;氨水、na2b4o7和添加劑對(duì)膜層硬度的影響較小。在該電解液體系下可以在鎂合金表面沉積一層組織致密、顯微硬度達(dá)400～500hv的氧化膜。

研究了az91d鎂合金材料在普通陽(yáng)極氧化條件下,通過(guò)往堿性陽(yáng)極氧化溶液中加入硅鋁溶膠成分(含量為0%～5%),在60～70v的電壓條件下進(jìn)行交流陽(yáng)極氧化處理,獲得的膜層經(jīng)過(guò)厚度測(cè)量和表面、斷面微觀形貌觀察表明;溶膠成分在鎂合金氧化成膜過(guò)程中,可以有效地提高鎂合金表面的陽(yáng)極氧化膜層厚度和膜層的致密程度。同時(shí)由于溶液中硅鋁溶膠成分的作用,使得陽(yáng)極氧化成膜速度出現(xiàn)階段性快速增長(zhǎng)和緩慢增長(zhǎng)。而溶膠成分的加入對(duì)陽(yáng)極氧化膜層的x射線衍射相結(jié)構(gòu)的影響不大。

在100g.l-1硼酸鹽,50g.l-1鋁酸鹽,30g.l-1氫氧化物,恒壓50v,陽(yáng)極氧化時(shí)間10min的陽(yáng)極氧化工藝中,制備ad91鎂合金陽(yáng)極氧化膜。研究熱水封孔前后陽(yáng)極氧化膜層的微觀結(jié)構(gòu)及耐腐蝕性能。通過(guò)掃描電鏡(sem)和極化曲線分別研究了ad91鎂合金陽(yáng)極氧化膜的表面形貌和耐蝕性。結(jié)果表明:封孔溫度在70℃,時(shí)間為10min時(shí),氧化膜層均勻、致密,孔徑明顯減小;此時(shí)陽(yáng)極氧化膜的耐蝕性也達(dá)到了最好。從極化曲線可以看出,腐蝕電位ecorr為-0.582v,腐蝕電流密度icorr為4.586μa.cm-2,極化電阻rp為12926.1ohm.cm-2。

1前言海水電池是儲(chǔ)備電池,使用前于式儲(chǔ)存。當(dāng)海水一進(jìn)人電池,電池建立起電壓,同時(shí)外電路有電流,在規(guī)定時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)裝置,按要求進(jìn)行工作。鎂合金陽(yáng)極是非?；顫姷?干式儲(chǔ)存時(shí),為防止大氣條件下的腐蝕,現(xiàn)在一般使電極表面生成鉻酸鹽的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜來(lái)保護(hù)或經(jīng)過(guò)處理后密封保存。因鉻酸鹽膜很薄,且有裂紋等缺陷,耐海洋性大氣腐蝕能力很差。海洋性大氣是濕度大并含有cl的鹽霧,容易使電極發(fā)生孔蝕,故要求電極的保護(hù)

通過(guò)掃描電鏡、鹽水浸漬實(shí)驗(yàn)和動(dòng)電位極化曲線,表征了在添加不同體積濃度的過(guò)氧化氫的堿性電解液中形成的az31鎂合金陽(yáng)極氧化膜的微觀形貌和耐蝕性。研究結(jié)果表明:在其他條件相同的情況下,添加不同體積濃度的過(guò)氧化氫對(duì)氧化膜的表面形貌及耐蝕性存在影響。當(dāng)過(guò)氧化氫的體積濃度為6ml/l時(shí),制得的氧化膜耐蝕性最佳。添加過(guò)氧化氫提高了膜層的耐蝕性,但氧化膜耐蝕性的提高與過(guò)氧化氫的體積濃度不成正比。

陽(yáng)極氧化處理是提高鎂合金耐腐蝕性能的有效方法。在陽(yáng)極氧化工藝中,電解液組成對(duì)鎂合金氧化膜的性能有著至關(guān)重要的影響。本文概述了近年來(lái)該領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)電解液組成的研究進(jìn)展,期望為鎂合金陽(yáng)極氧化工藝研究提供參考。

采用溶膠化學(xué)與電化學(xué)相結(jié)合的新型表面處理方法——將自制的硅溶膠添加到電解質(zhì)溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化.以az91d鎂合金及鎂鋰合金為研究基材,研究體系分別為硅酸鈉和氫氧化鈉溶液,通過(guò)對(duì)不同溶膠添加量下的溶液電導(dǎo)率、反應(yīng)擊穿電壓、氧化膜層厚度及微觀形貌、膜層表面成分及xrd結(jié)果分析,來(lái)探討溶膠粒子在成膜過(guò)程中的作用.結(jié)果表明:溶膠粒子的加入增大了陽(yáng)極表面的電阻,使得反應(yīng)的擊穿電壓升高,從而導(dǎo)致了膜層厚度增加;同時(shí)硅溶膠粒子參與了陽(yáng)極氧化反應(yīng),其在高溫高壓的條件下與mgo生成了mg2sio4.

采用正交試驗(yàn),開(kāi)發(fā)出一種新型環(huán)保鎂合金陽(yáng)極氧化的電解液配方,研究在此工藝下形成的陽(yáng)極氧化膜的耐蝕性。采用edax、xrd、sem對(duì)陽(yáng)極氧化膜的成分、結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行研究。結(jié)果表明,獲得的陶瓷層分布均勻,表面光滑致密,耐蝕性顯著加強(qiáng)。

采用陽(yáng)極氧化工藝對(duì)az91d鎂合金進(jìn)行表面處理,利用電化學(xué)阻抗譜(eis)方法研究az91d鎂合金陽(yáng)極氧化膜層在3.5%nacl溶液中的腐蝕過(guò)程。根據(jù)腐蝕過(guò)程阻抗譜的變化特點(diǎn),分別采用r(rq)(rq)模型和r(q(r(rq)))模型的等效電路來(lái)擬合陽(yáng)極氧化膜層在孔蝕誘導(dǎo)期和在孔蝕發(fā)展期的電化學(xué)阻抗譜圖。結(jié)果表明:在孔蝕誘導(dǎo)期,隨浸泡時(shí)間的延長(zhǎng),溶液電阻rsol和多孔層的電容yp有所增大,多孔層電阻rp和阻擋層電阻rb逐漸減小,彌散效應(yīng)指數(shù)np值基本不變,而阻擋層的電容yb和彌散效應(yīng)指數(shù)nb無(wú)明顯的規(guī)律性;在孔蝕發(fā)展期,隨浸泡時(shí)間的延長(zhǎng),溶液電阻rsol,彌散效應(yīng)指數(shù)n1和蝕孔內(nèi)的反應(yīng)電阻r2逐漸減小,電容y1逐漸增大,而蝕孔內(nèi)溶液電阻r1,蝕孔內(nèi)陽(yáng)極金屬/介質(zhì)界面的常相位角元件q2的電容y2及彌散效應(yīng)指數(shù)n2無(wú)明顯的規(guī)律性。

陽(yáng)極氧化是提高鎂合金耐蝕性的一種有效方法,選擇的電參數(shù)對(duì)氧化膜性能影響很大。介紹了電參數(shù)如頻率、占空比、電流密度、終電壓等的概念,推導(dǎo)了占空比與電流密度的關(guān)系,并綜述了電參數(shù)對(duì)陽(yáng)極氧化膜性能影響的研究進(jìn)展。隨著電子技術(shù)在氧化電源上的廣泛應(yīng)用,氧化設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)為更加智能化以及頻率越來(lái)越高。

封孔是進(jìn)一步提高鎂合金陽(yáng)極氧化膜耐蝕性的有效方法,主要方法有沸水、鉻酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、溶膠-凝膠以及有機(jī)物封孔,本文對(duì)以上幾種方法進(jìn)行了全面綜述。鑒于鎂合金陽(yáng)極氧化膜封孔技術(shù)目前還不成熟,需加強(qiáng)這方面研究以滿(mǎn)足鎂合金陽(yáng)極氧化工業(yè)應(yīng)用。

研究了脈沖頻率對(duì)陽(yáng)極氧化膜耐蝕性的影響。采用掃描電鏡(sem)觀察陽(yáng)極氧化膜的微觀形貌和厚度變化,采用動(dòng)電位極化曲線測(cè)量方法和中性鹽霧試驗(yàn)評(píng)價(jià)了氧化膜耐腐蝕性。結(jié)果表明,陽(yáng)極氧化膜厚度隨脈沖頻率增大而增加,在1300hz以下時(shí)耐蝕性隨頻率增大而增加,1000hz時(shí)耐蝕性最好,當(dāng)頻率達(dá)到1300hz時(shí)氧化膜裂紋增多,耐蝕性下降。

采用koh-na2sio3-na2b4o7-na2co3環(huán)保型電解液體系,研究了電流密度對(duì)az31b鎂合金陽(yáng)極氧化過(guò)程、氧化膜微觀形貌、膜層厚度、氧化膜耐蝕性等的影響。結(jié)果表明:在恒電流陽(yáng)極氧化過(guò)程中,根據(jù)電壓-時(shí)間曲線,陽(yáng)極氧化過(guò)程可分為電壓快速升高階段、電壓緩慢升高階段、電壓相對(duì)穩(wěn)定階段。隨著電流密度的增大,電壓-時(shí)間曲線的斜率增大,電壓明顯增大,點(diǎn)火時(shí)間縮短,但對(duì)擊穿電壓影響不大;隨著電流密度的增加,膜層致密性、厚度、耐蝕性都呈先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)電流密度為1.5a/dm2時(shí),陽(yáng)極氧化膜的致密性和耐蝕性最好。

在由koh、na2sio3、na2b4o7和三乙醇胺等組成的電解液中,以恒電流方式對(duì)az91d鎂合金進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理,并研究了三乙醇胺濃度對(duì)az91d鎂合金陽(yáng)極氧化膜層性能的影響規(guī)律。利用電壓-時(shí)間曲線,全浸腐蝕實(shí)驗(yàn)、動(dòng)電勢(shì)極化曲線和掃描電鏡(sem)等方法檢測(cè)和觀察陽(yáng)極氧化膜層的性能和表面形貌。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:三乙醇胺可以有效抑制火花放電,增加膜層的厚度,使表面孔隙變小,提高表面光潔度;當(dāng)三乙醇胺濃度為30g.dm-3時(shí),膜層耐蝕性能最好;在陽(yáng)極氧化過(guò)程中,三乙醇胺化學(xué)吸附于鎂合金表面,從而改變微弧氧化過(guò)程中氧氣氣泡在鎂合金表面的吸附強(qiáng)度和氧氣氣泡的大小,降低了微弧氧化陶瓷層孔隙率,提高了陽(yáng)極氧化膜的致密性和耐蝕性。

研究一種無(wú)鉻無(wú)磷無(wú)氟的鎂合金陽(yáng)極氧化工藝。對(duì)az31b鎂合金進(jìn)行陽(yáng)極氧化時(shí),在植酸、電流密度和時(shí)間不變的條件下,研究了naoh、na2sio3、na2b4o7不同濃度的16種電解液的陽(yáng)極氧化膜性能。研究結(jié)果表明,組成為naoh50g/l、na2sio360g/l、na2b4o740g/l的電解液,進(jìn)行陽(yáng)極氧化得到的氧化膜光滑致密,與基體的結(jié)合力強(qiáng),耐蝕性高,用該電解液對(duì)鎂合金進(jìn)行陽(yáng)極氧化是一種環(huán)保型生產(chǎn)工藝。

以nh4h2po4、naf和naoh組成基礎(chǔ)電解液,采用有機(jī)胺作為抑弧劑,對(duì)az91d鎂合金高壓陽(yáng)極氧化過(guò)程進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:有機(jī)胺對(duì)鎂合金的陽(yáng)極氧化有著顯著的抑弧效應(yīng),可使鎂合金的陽(yáng)極火花放電電壓提高50～80v。在抑制陽(yáng)極發(fā)生弧光放電的狀態(tài)下,鎂合金表面可以沉積一層致密、具有較高硬度和優(yōu)良耐蝕性能的氧化膜層。分析了有機(jī)胺對(duì)氧化膜層性能和表面形貌的影響以及不同有機(jī)胺在鎂合金陽(yáng)極氧化過(guò)程中的抑弧能力,并初步探討了有機(jī)胺在鎂合金陽(yáng)極氧化過(guò)程中的抑弧機(jī)理。

在既定的基礎(chǔ)電解液和實(shí)驗(yàn)參數(shù)條件下,研究植酸、聚乙二醇和乙二醇等3種有機(jī)添加劑對(duì)鎂合金陽(yáng)極氧化膜耐蝕性能的影響。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別采用掃描電鏡、點(diǎn)滴實(shí)驗(yàn)和極化曲線對(duì)氧化膜的表面形貌和耐蝕性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明:當(dāng)植酸的質(zhì)量濃度為15.0g/l或聚乙二醇的質(zhì)量濃度為0.8g/l時(shí),氧化膜的耐蝕性能有較大提高;而乙二醇的加入不但沒(méi)有改善鎂合金陽(yáng)極氧化膜的耐蝕性能,反而使其變得更差。