甲醇、乙二醇对镁合金PEO能耗及膜层耐蚀性影响研究

论文摘要

镁合金作为最轻的金属结构材料,被誉为“21世纪绿色工程材料”,其耐蚀性能差成为限制其发展的主要因素之一。等离子体电解氧化（PEO-Plasma Electrolyte Oxidation）技术为轻金属材料表面改性提供了新思路,利用该技术制得的膜层兼具阳极氧化膜及陶瓷膜的性能,拓宽了轻金属材料的使用领域。目前国内外对于PEO膜层性能做了大量的研究工作,而PEO技术的高能耗问题制约了其广泛应用。鉴于此,本论文依托前期研究基础,以AZ31镁合金为工作电极,以电解液溶剂为研究对象,研究溶剂对PEO过程放电特性、能耗及膜层耐蚀性等方面的影响。（1）以碱性硅酸钠电解液作为基础电解液,并在碱性硅酸钠电解液优化配方下,选择甲醇、乙二醇溶剂作为电解液溶剂,采用恒压操作方式,进行等离子体电解氧化过程研究。（2）通过调节溶剂中醇浓度,研究醇浓度对等离子体电解氧化过程电流密度、能耗、镁离子溶出量及膜层耐蚀性影响;通过对等离子体电解氧化过程的观察及实验结果分析,初步探讨溶剂性质对等离子体电解氧化过程能耗及膜层耐蚀性的影响。实验表明:（1）醇-水溶剂使等离子体电解氧化过程更加温和,稳定放电阶段平衡电流更小,PEO过程放电特性更稳定;醇-水溶剂大大降低等离子体电解氧化过程能耗,并且能量消耗主要集中在传统阳极氧化阶段;（2）溶剂的不同组成影响PEO过程的气体介质阻挡层的生成、气体层厚度、电绝缘性及离子在溶液中的迁移等,这将直接影响PEO过程能量消耗和基体金属的溶解和PEO过程的成膜,从而对生成PEO陶瓷膜的致密性、耐腐蚀性能产生影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 镁合金的特点和应用现状
• 1.2.1 镁合金的特点
• 1.2.2 镁合金的应用现状
• 1.3 镁合金的防腐蚀技术
• 1.3.1 化学转化
• 1.2.2 阳极氧化
• 1.2.3 金属涂层
• 1.2.4 化学镀
• 1.3.5 有机涂层
• 1.3.6 其他表面处理技术
• 1.4 镁合金等离子体电解氧化技术的介绍
• 1.4.1 等离子体电解氧化技术的研究历程
• 1.4.2 等离子体电解氧化工艺及陶瓷膜的特点
• 1.4.3 镁合金等离子体电解氧化电解液介绍
• 1.4.4 镁合金等离子体电解氧化添加剂介绍
• 1.4.5 镁合金等离子体电解氧化技术的研究现状
• 1.5 等离子体电解氧化研究中存在的问题
• 1.6 本论文的研究内容和创新性
• 1.6.1 本论文的研究内容
• 1.6.2 本论文的特色与创新
• 第二章 实验装置与实验方法
• 2.1 实验材料及装置
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 试件前处理方法
• 2.1.3 实验试剂
• 2.1.4 实验装置
• 2.1.5 数据采集系统
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 电解液的配制
• 2.2.2 等离子体电解氧化陶瓷膜的制备
• 2.3 测试方法
• 2.3.1 陶瓷膜层的电化学分析测试
• 2.3.1.1 极化曲线评价膜层试样耐均匀腐蚀性能
• 2.3.2 PEO过程电极表面状态演变分析
• 2.3.3 电解液中镁离子溶出量的分析
• 2.3.3.1 分析方法
• 2.3.3.2 标准曲线建立
• 2.3.3.3 样品分析
• 2.3.4 电解液电导率分析
• 2.4 数据处理-电能能耗计算
• 第三章 溶剂设计研究
• 3.1 溶剂设计方法
• 3.1.1 镁合金在碱性硅酸电解液中PEO放电研究
• 3.1.1.1 PEO放电试样表面形态特征变化
• 3.1.1.2 PEO过程中试样表面的放电火花外观演变
• 3.1.1.3 镁合金PEO陶瓷膜的耐腐蚀性能
• 3.1.2 镁合金碱性硅酸盐电解液的效果分析
• 3.2 溶剂配方选择
• 3.2.1 溶剂种类筛选
• 3.2.1.1 不同溶剂对等离子体电解氧化过程放电特性的影响
• 3.2.1.2 不同溶剂对等离子体电解氧化能耗的影响
• 3.2.2 溶剂浓度筛选
• 3.2.2.1 溶剂浓度对等离子体电解氧化过程放电特性的影响
• 3.2.2.2 溶剂浓度对等离子体电解氧化能耗的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 溶剂对PEO能耗及膜层耐蚀性影响
• 4.1 甲醇对等离子体电解氧化过程的影响
• 4.1.1 甲醇浓度对等离子体电解氧化能耗的影响
• 4.1.2 甲醇浓度对等离子体电解氧化过程镁离子溶出量影响
• 4.1.3 甲醇浓度对陶瓷膜的耐腐蚀性影响
• 4.2 乙二醇对等离子体电解氧化过程的影响
• 4.2.1 乙二醇浓度对等离子体电解氧化能耗的影响
• 4.2.2 乙二醇浓度对等离子体电解氧化过程镁离子溶出量影响
• 4.2.3 乙二醇浓度对陶瓷膜的耐腐蚀性影响
• 4.3 溶剂性质对等离子体电解氧化反应的作用机理初探
• 4.3.1 溶剂介电常数对等离子体电解氧化过程的影响
• 4.3.2 溶剂蒸发焓对等离子体电解氧化过程的影响
• 4.3.3 溶剂粘度对等离子体电解氧化过程的影响
• 4.4 本章小结
• 结论与建议
• 结论
• 建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 答辩委员会对论文的评定意见