AZ91D鎂合金微弧氧化工藝及成膜行為研究.pdf

1、由于密度小、易于加工及力學性能優異，鎂合金在航空、航天、軍工、交通工具、生物醫學、電子產品等領域應用前景廣闊。不過，鎂合金化學穩定性差，在大氣環境中能和氧、水及氯鹽等發生反應而導致銹蝕損壞現象，限制了其實際應用，尤其是在腐蝕性環境中。因此，提高鎂合金的耐腐蝕性已經成為該領域重要的研究方向之一。
　　 本論文概述了鎂合金的特點、應用、腐蝕原因及防護技術，并結合當今鎂合金表面防護技術的發展趨勢，在課題組前期工作的基礎上開展了綠色環保

2、型鎂合金微弧氧化工藝開發、電解液添加劑作用機制和表面微弧氧化處理鎂合金在模擬體液中的腐蝕行為等研究，主要包括以下內容：
　　 1.苯甲酸鹽添加劑對AZ91D鎂合金微弧氧化過程及氧化膜性能的影響。分別采用苯甲酸鈉和鄰苯二甲酸氫鉀為添加劑，在堿性硼酸鹽電解液中進行鎂合金的微弧氧化研究。利用電流瞬變曲線和反應現象觀察研究了苯甲酸鹽參與下AZ91D鎂合金的微弧氧化過程；利用場發射掃描電鏡(SEM)、能譜(EDS)、X射線衍射(XRD)、

3、極化曲線(Tafel)和電化學阻抗(EIS)等研究了苯甲酸鹽對鎂合金微弧氧化膜的形貌、組成和耐腐蝕性能的影響。結果表明，在加入苯甲酸鈉或鄰苯二甲酸氫鉀后，微弧氧化電流密度降低，弧光放電劇烈程度減弱、氣體逸出現象受到抑制，氧化反應變得相對溫和。微弧氧化膜的質量也有明顯改善。氧化膜表面孔洞的尺寸減小，表面裂紋消失，膜層變得更加平滑、致密，耐腐蝕性提高。
　　 2.苯甲酸鹽添加劑對微弧氧化過程的影響行為研究。研究了堿性硼酸鹽電解液中苯

4、甲酸鹽添加劑對AZ91D鎂合金陽極氧化階段和微弧氧化階段的影響。利用EIS研究了苯甲酸鹽在鎂合金表面的吸附行為。利用SEM和起弧電壓測試研究了苯甲酸鹽對陽極氧化階段和微弧氧化階段的影響。利用電流瞬變曲線和反應現象觀察研究了苯甲酸鹽參與下AZ91D鎂合金的微弧氧化過程。結果表明，苯甲酸鹽在堿性硼酸鹽電解液中的吸附行為符合Temkin吸附等溫式，吸附過程為自發過程。苯甲酸鹽主要影響鎂合金的陽極氧化過程。在苯甲酸鹽參與下，陽極氧化階段得到的膜

5、層更加均勻、致密，電阻率也高；均勻、致密及高電阻率的膜層使微弧氧化階段電流密度降低，弧光等離子體放電劇烈程度減弱，氧化反應變得相對溫和。在相對溫和的條件下，火花放電交得細小均勻，氣體逸出減少，放電和氣體通道尺寸變小，表面燒蝕現象消失，制得氧化膜的結構更加平滑致密，其耐腐蝕性也更好。
　　 3.微弧氧化處理AZ91D鎂合金在模擬體液中的腐蝕行為。以苯甲酸鹽為添加劑，在生物安全型堿性硼酸鹽電解液中對AZ91D鎂合金進行微弧氧化處理，

6、并對該處理過的鎂合金在模擬體液中的耐腐蝕性進行了研究。結果表明，經微弧氧化處理后，鎂合金表面生成了晶態方鎂石型的致密均勻氧化膜。由于該氧化膜中不含Cr6+，F-和Mn2+等生物有害離子，作為醫學植入材料更加安全可靠。利用浸泡失重實驗、pH檢測、電化學極化曲線和EIS等研究了微弧氧化處理鎂合金的耐腐蝕性，并與未經處理鎂合金進行了對比。結果表明，微弧氧化處理鎂合金在模擬體液中具有優良的耐腐蝕性能。浸泡實驗表明，微弧氧化處理鎂合金在模擬體液中

7、的失重速率遠小于未經處理鎂合金，浸泡造成的模擬體液pH的變化也小于未經處理鎂合金，顯示了其具有更好耐久性和生物相容性。
　　 總之，本論文結合鎂合金表面防護技術的研究現狀，以發展新型綠色環保型微弧氧化工藝為目標，分別研究了苯甲酸鹽添加劑對鎂合金微弧氧化過程及微弧氧化膜性能的影響，苯甲酸鹽添加劑對微弧氧化過程的影響機理和微弧氧化處理AZ91D鎂合金在模擬體液中的腐蝕行為，在新工藝開發、機理研究和材料應用和評價等方面做了一些探索性工