AZ31镁合金阳极氧化膜的制备及其耐蚀性研究

论文摘要

镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料,具有高的比强度、比刚度和减振性,而且易于回收,在汽车、电子、航空等领域得到越来越广泛的应用。但是,镁合金的耐蚀性比较低,使它的应用受到很大的限制。因此,对镁合金进行适当的表面处理来提高其耐蚀性能具有非常重要的意义。阳极氧化工艺是目前比较常用的有效表面防护方法。其工艺简单,生产成本低廉,阳极氧化膜具有多孔结构,为进一步涂覆有机涂层提供良好基底。本文经实验研究得到一种AZ31镁合金的环保型阳极氧化工艺,该配方的主要特点是无铬、无氟,对自然环境和人类健康无害。并通过在基础电解液中加入添加剂和对阳极氧化膜进行封孔,来提高其耐腐蚀性能。采用正交设计方法,合理选用影响因素和水平,采用极差分析确定阳极氧化工艺参数为:100g/L Na2B4O7,50g/LNaAlO2,30g/LNaOH,电压50V,阳极氧化时间10min。通过XRD分析得到阳极氧化膜主要是由方镁石结构的MgO和尖晶石结构的MgAl2O4组成。电化学极化曲线测试研究结果表明,该工艺能显著提高AZ31镁合金的腐蚀防护性能。在此基础上,对加入不同的添加剂和阳极氧化膜的封孔处理进行了探讨。实验结果表明柠檬酸钠和钛溶胶的加入不但改善了氧化膜的表面形貌,同时也大大提高了氧化膜的耐蚀性。当柠檬酸钠加入量为10g/L时,阳极氧化膜的腐蚀电位由原来的-1.165V提高到了-0.614V。当加入的钛溶胶的体积分数为4%时,阳极氧化膜的腐蚀电位提高到了-0.769V,并且通过XPS分析得到,阳极氧化基础电解液中添加钛溶胶后得到的阳极氧化膜表面含有钛元素。它们分为以Ti（Ⅱ）、Ti（Ⅲ）和Ti（Ⅳ）三种价态存在,其中Ti（Ⅳ）来自TiO2,Ti（Ⅲ）来自Ti2O3,Ti（Ⅱ）来自TiO。3种价态的钛所占的分数分别为:Ti（Ⅳ）占62.99%,Ti（Ⅲ）占27.16%,Ti（Ⅱ）占9.85%。本文采用的热水封孔、硅溶胶封孔和钛溶胶封孔三种封孔工艺中,钛溶胶封孔后的阳极氧化膜耐蚀性最好,其腐蚀电位达到-0.487V,腐蚀电流密度为0.120μA/cm2,极化电阻和腐蚀速率分别为296494.7ohm/cm2,0.0005g/（m2·h）。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 镁合金的腐蚀
• 1.3 镁合金防腐措施
• 1.4 阳极氧化工艺
• 1.4.1 典型的阳极氧化工艺
• 1.4.2 近期发展的阳极氧化工艺
• 1.4.3 阳极氧化工艺的成膜机理
• 1.4.4 影响阳极氧化膜耐蚀性因素
• 1.5 镁合金的应用
• 1.6 课题的研究内容及目的意义
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验材料
• 2.2 主要实验试剂及设备
• 2.2.1 主要化学试剂
• 2.2.2 仪器设备
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 前处理
• 2.3.2 工艺流程
• 2.4 阳极氧化膜的制备
• 2.4.1 阳极氧化装置
• 2.4.2 工艺参数初选
• 2.4.3 添加剂对阳极氧化膜性能的影响
• 2.5 封孔工艺
• 2.6 性能表征
• 2.6.1 X-射线衍射（XRD）分析
• 2.6.2 金相显微镜及扫描电子显微镜（SEM）分析
• 2.6.3 X-射线光电子能谱（XPS）分析
• 2.6.4 耐蚀性测试
• 2.7 本章小结
• 第3章 阳极氧化膜的制备
• 3.1 正交试验结果分析
• 3.1.1 极差分析
• 3.1.2 表面形貌分析
• 3.2 最优工艺制备的阳极氧化膜性能分析
• 3.2.1 电压-时间及电流-时间曲线
• 3.2.2 阳极氧化膜组成相分析
• 3.2.3 阳极氧化膜的表面形貌
• 3.2.4 阳极氧化膜耐蚀性分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 添加剂对阳极氧化膜性能的影响
• 4.1 柠檬酸钠对阳极氧化膜性能的影响
• 4.1.1 表面形貌分析
• 4.1.2 柠檬酸钠的抑弧能力
• 4.1.3 柠檬酸钠抑弧机理初探
• 4.1.4 耐蚀性分析
• 4.1.5 阳极氧化膜电化学测试后表面形貌
• 4.2 钛溶胶对阳极氧化膜层性能的影响
• 4.2.1 钛溶胶的制备
• 4.2.2 表面形貌分析
• 4.2.3 XPS分析
• 4.2.4 耐蚀性分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 阳极氧化膜的封孔处理
• 5.1 热水封孔
• 5.2 硅溶胶封孔
• 5.3 钛溶胶封孔
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢