论文题目: 两种电解液中镁合金等离子体电解氧化过程及膜层特性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料加工工程
作者: 王立世
导师: 魏伯康,蔡启舟
关键词: 镁合金,等离子体电解氧化,电解液配方,相组成,微放电,动电位极化,电化学阻抗谱
文献来源: 华中科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 镁及其合金作为最轻的金属结构材料,是21 世纪最有发展前景的金属之一,然而,耐蚀性差却成为制约其发挥性能优势的主要因素之一。因此,进行适当的表面处理以增强现有镁合金的耐蚀性具有重要的现实意义。等离子体电解氧化（PEO）是近年来在普通阳极氧化基础上开发的一种新技术,它采用较高的能量密度,通过等离子体化学、电化学和热化学的共同作用,在Al、Mg、Ti 等阀金属表面原位形成类陶瓷膜层,极大地提高了金属的耐蚀、耐磨、绝缘等性能,具有广阔的应用前景。目前,国内外对于铝、钛合金PEO 的研究较多,且研究内容主要集中在膜层测试方法、特征及性能等方面,对于PEO 工艺原理、相应过程特征之间的联系、膜层的形成及失效机理尚缺乏系统、深入的研究,不利于PEO 工艺的进一步发展和镁合金在相关工业领域内的进一步应用。本文以自主开发的镁合金PEO 工艺为依托,系统研究了镁合金PEO 处理过程中各工艺参数之间的联系、膜层相组成和形成机理、微放电与膜层形貌之间的关系和微放电条件下膜层的生长模式、膜层耐蚀性和腐蚀失效过程以及PEO 处理对金属基体拉伸和耐高温氧化性能的影响。研究为镁合金的应用、深入揭示PEO 工艺的本质奠定良好的基础。所取得的成果主要表现在: 在系统分析国内外电解液特性的基础上,提出了电解液组份选择中的五个影响因素,借助于耐蚀性、显微硬度和处理过程稳定性等指标,经过大量筛选和优化实验,确定了镁合金PEO 处理时两个体系电解液的有效组分及其最佳配方。其中磷酸盐系优选配方为:1060g/L （NaPO3）6、630g/L KOH、520g/L 氟化物及适量的稳定剂; 硅酸盐系优选配方为:1560g/L Na2SiO3、430g/L KOH、520g/L 氟化物及适量的稳定剂。电化学极化测试、全浸腐蚀以及盐雾试验测试结果表明,两种电解液处理均能显著提高AZ91D 镁合金的耐蚀性。通过对PEO 处理过程中系统的等效电路模型分析,推导了用于描述各主要工艺参数之间内在联系的系统方程。与已有的方程相比,该方程的物理意义明确,计算过程简单,具有较强的适用性与针对性。恒压和恒流条件下对该方程的讨论证明了恒流模式省时且易于控制。进而提出了把处理过程中始终如一的恒流控制离散成不同阶段的恒流控制方法,即阶梯降流法。阶梯降流法对于提高处理过程的稳定性,得到优化、致密的PEO 膜层具有明显的促进作用。PEO 处理过程中系统方程的建立及阶梯降流法控制模式的实现,为PEO 专用电源的进一步改进和PEO 工艺的实际操作提供良好的理论和试验依据。对两种电解液中不同时间处理的PEO 膜层XRD 图谱进行了详细的标定,并按照简化K 值法对膜层中各相的含量进行了定量分析。研究发现,P-film 的质量百分
论文目录:
摘要
Abstract
符号和缩写表
1 绪论
1.1 镁合金的特点和应用
1.2 镁合金的转化膜处理工艺
1.3 镁合金的等离子体电解氧化(PEO)
1.4 目前PEO 研究中存在的问题
1.5 本文的主要研究内容
2 试验材料及研究方法
2.1 试验材料
2.2 PEO 处理装置
2.3 PEO 膜层的检测与分析
2.4 小结
3 镁合金等离子体电解氧化电解液配方的开发
3.1 电解液配方设计方法
3.2 电解液配方的初选
3.3 电解液配方的优化试验
3.4 小结
4 等离子体电解氧化过程中参数控制模式的分析
4.1 有关PEO 过程系统方程的研究概况
4.2 PEO 过程中的系统方程
4.3 镁合金PEO 过程中控制模式的比较
4.4 小结
5 等离子体电解氧化膜层的相结构分析
5.1 PEO 膜层相组成的标定
5.2 PEO 膜层中物相形成的理论分析
5.3 小结
6 微放电现象及膜层的形貌分析
6.1 微放电形貌的演化
6.2 PEO 膜层形貌
6.3 膜层的增长模式分析
6.4 阻挡层形貌和结构分析
6.5 小结
7 PEO 膜层的耐蚀性与腐蚀失效分析
7.1 PEO 膜层的耐蚀性
7.2 PEO 膜层的腐蚀失效过程分析
7.3 小结
8 等离子体电解氧化对镁合金拉伸及耐高温氧化性能的影响
8.1 PEO 处理对拉伸性能的影响
8.2 PEO 处理对耐高温氧化性能的影响
8.3 小结
9 镁合金PEO 工艺的应用实例和应用趋势分析
9.1 实际镁铸件的PEO 处理
9.2 处理结果
9.3 PEO 在工业上的应用前景分析
9.4 小结
10 全文结论和展望
10.1 全文结论
10.2 展望
致谢
参考文献
附录 攻读博士学位期间发表的论文
发布时间: 2006-04-05
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