鎂合金微弧氧化陶瓷膜的制備及其結構與性能研究.pdf

1、在堿性硅酸鹽體系中，采用微弧氧化技術對鎂合金進行表面處理，利用SEM、XRD、EDS以及XPS等手段分析陶瓷膜的結構，探討成膜機理；同時對其耐蝕及耐磨性能進行評價。通過正交試驗，結合單因素實驗分析，確定了電解液的較優組成為：Na2SiO36g/L，NaF2g/L，C3H8O310ml/L，KOH2g/L。
　　微弧氧化過程的電壓～時間曲線上存在兩個明顯的轉折點，將曲線分為三個線性階段。根據電極/溶液界面發生的現象，微弧氧化過程分為

2、普通陽極氧化、火花沉積、微弧及弧光放電階段。電壓～時間曲線上第一、第二轉折點分別對應于擊穿電壓、臨界電壓。曲線的第一、第二、第三階段分別對應于普通陽極氧化階段、火花沉積階段、微弧及弧光放電階段。微弧氧化過程中陶瓷膜基本是均勻增重的，在開始一段時間內，氧化膜向外側和基體內部同時生長，一定時間后向基體內部生長占據主導地位。
　　普通陽極氧化階段形成的陶瓷膜與常規陽極氧化膜表面形貌相類似；當發生擊穿時，微孔分布在呈凸起狀陶瓷顆粒的中間位

3、置或邊緣，形成微孔鑲嵌的的網狀結構；對應于臨界電壓點的陶瓷膜表面不存在明顯的孔洞；微弧階段氧化膜的表面重新出現許多大小不一的微孔，呈網狀結合在一起，陶瓷膜主要由內部的緊密層和外部的疏松層組成。添加表面活性劑后，極大地降低了陶瓷膜的孔隙率。
　　陶瓷膜主要由鎂橄欖石Mg2SiO4及方鎂石MgO組成。MgO的生成類似于普通陽極氧化；硅酸鈉在水溶液中水解產生的正硅酸高溫脫水或SiO32－在微弧區高溫高電場作用下直接氧化可生成SiO2，在

4、等離子放電的高溫作用下，SiO2及MgO均呈熔融狀態，微弧熄滅時，在電解液的冷卻作用下發生相變，最終生成Mg2SiO4及MgO的混合物。沿著膜層的深度方向，Mg元素的含量逐漸升高，而Si、O元素的含量逐漸降低，表明沿著膜的深度方向，MgO的含量逐漸增加，Mg2SiO4的含量逐漸減少，緊密層主要由MgO組成，疏松層為MgO與Mg2SiO4的混合物。
　　導致微弧氧化電流效率低的因素包括金屬的陽極溶解、已有膜層的溶解以及氧氣的析出。氧

5、氣的析出是影響電流效率的主要因素，析出途徑為：在氧化膜/溶液界面，水分子或OH－被直接氧化，水分子也可能在微弧氧化過程的熱作用而發生熱分解，溶液中的電解質也可以直接氧化生成氧氣。另一方面，在氧化膜內，O2-也會生成氧氣，包覆于氧化膜內。
　　經微弧氧化處理后，鎂合金的硬度以及耐磨性能均顯著提高。動電勢極化曲線、電化學交流阻抗、循環陽極極化曲線、腐蝕失重試驗以及腐蝕后的形貌觀察一致表明：經微弧氧化處理后，鎂合金的抗均勻腐蝕及耐點腐蝕