AZ91D镁合金微弧氧化陶瓷膜制备及其电偶腐蚀性能

论文摘要

本文采用微弧氧化单脉冲直流电源,在AZ91D镁合金上制备了含氧化锆相的陶瓷膜层,研究了电解液浓度和电参数对陶瓷膜及其耐蚀性的影响规律,分析了陶瓷膜的生长特点,测试了陶瓷膜与碳纤维等异种材料偶接的电偶腐蚀性能。利用X射线衍射分析（XRD）、X射线散射能谱（EDS）分析及扫描电子显微镜（SEM）分析技术研究了陶瓷膜的组成及形貌;涡流测厚仪测定陶瓷膜的厚度,电化学分析技术研究了陶瓷膜的耐腐蚀性能。XRD和EDS结果表明:通过微弧氧化技术在AZ91D镁合金表面制备的陶瓷膜层中引进了锆、镁元素,锆相对含量较高,且大多以晶相存在于陶瓷膜层中;而镁的含量相对较低。SEM研究表明:在单脉冲条件下,随着电解液浓度的提高,膜层变粗糙;电流密度越大,膜层越粗糙,表面裂纹越多;低电源频率下的膜层比较平整,裂纹少,较致密。陶瓷膜的结构是典型的双层结构,由内层致密阻挡层和外层多孔疏松层组成。膜层生长前期双层结构不明显,生长后期膜层向基体内部发展,以及电解液反应沉积的加快,使阻挡层和疏松层的厚度都增大,膜层的双层结构明显。陶瓷膜的结构对膜层的耐蚀性有很大的影响。Na5P3O10浓度的增加,陶瓷膜厚度先减小后增加,膜层耐蚀性呈相反规律,当Na5P3O10浓度为3g·L-1时膜层的耐全面腐蚀性能最好;而随K2ZrF6浓度的提高,膜层厚度随之增加,膜层变致密,耐蚀性提高。电流密度增加使陶瓷膜厚度增加,但是膜层表面裂纹变大,耐蚀性下降;低电源频率下,膜层较薄,但表面裂纹少,有利于陶瓷膜耐蚀性的提高。电源频率为100Hz时的膜层耐蚀性最好。经微弧氧化处理后,陶瓷膜的电偶腐蚀电流密度减小,电偶腐蚀性能比镁合金基体的提高。在两种偶接材料中,虽然与M40碳纤维偶接的热力学腐蚀倾向大,但电偶腐蚀电流密度较小,在13μA·cm-2左右。与LY12铝合金偶接的电偶腐蚀电流密度很大,达到80μA·cm-2,陶瓷膜破坏严重,LY12铝合金也有一定程度的腐蚀,陶瓷膜不能与LY12铝合金接触使用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及目的意义
• 1.1.1 镁合金及其应用
• 1.1.2 镁合金应用中的接触腐蚀
• 1.1.3 镁合金表面处理技术研究现状
• 1.1.4 课题研究的目的意义
• 1.2 镁合金微弧氧化及其耐蚀性研究现状
• 1.2.1 镁合金微弧氧化研究现状
• 1.2.2 镁合金微弧氧化陶瓷膜层耐蚀性研究
• 1.3 课题主要研究内容
• 第2章 实验材料及研究方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验药品及材料
• 2.1.2 试样的前处理
• 2.2 微弧氧化实验装置
• 2.2.1 微弧氧化单相脉冲直流电源
• 2.2.2 微弧氧化实验装置图
• 2.3 陶瓷膜的表征
• 2.3.1 陶瓷膜的相组成
• 2.3.2 陶瓷膜的形貌及元素含量
• 2.3.3 电偶腐蚀实验后膜层形貌表征
• 2.4 陶瓷膜测试方法
• 2.4.1 陶瓷膜厚度测试
• 2.4.2 陶瓷膜的耐腐蚀性能评价
• 2.4.3 点滴腐蚀实验
• 2.4.4 电偶腐蚀评价方法
• 第3章 陶瓷膜结构与耐腐蚀性能研究
• 3.1 陶瓷膜的制备与表征
• 3.1.1 微弧氧化过程槽压-时间曲线
• 3.1.2 多聚磷酸钠浓度对陶瓷膜的影响
• 3.1.3 氟锆酸钾浓度对陶瓷膜的影响
• 3.1.4 电流密度对陶瓷膜的影响
• 3.1.5 电源频率对陶瓷膜的影响
• 3.2 陶瓷膜的耐腐蚀性能评价
• 3.2.1 多聚磷酸钠浓度对陶瓷膜耐腐蚀性的影响
• 3.2.2 氟锆酸钾浓度对陶瓷膜耐腐蚀性的影响
• 3.2.3 电流密度对陶瓷膜耐腐蚀性的影响
• 3.2.4 电源频率对陶瓷膜耐腐蚀性的影响
• 3.2.5 微弧氧化时间对陶瓷膜耐腐蚀性的影响
• 3.3 陶瓷膜层生长特点分析
• 3.3.1 微弧氧化时间对陶瓷膜层的影响
• 3.3.2 陶瓷膜的电化学阻抗分析
• 3.3.3 陶瓷膜生长过程初探
• 3.4 与前期研究结果的比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 陶瓷膜的电偶腐蚀特点
• 4.1 开路电极电势测量
• 4.2 陶瓷层与M40 碳纤维偶接的电偶腐蚀
• 4.2.1 不同NaCl浓度下的电偶腐蚀特点
• 4.2.2 不同环境温度下的电偶腐蚀特点
• 4.3 陶瓷层与LY12 铝合金偶接的电偶腐蚀
• 4.4 铝合金与碳纤维之间的电偶腐蚀
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢