镁锂合金表面微弧氧化膜及复合涂层的制备与性能

论文摘要

镁锂合金作为最轻的金属结构材料,具有较高的比强度、良好的机械加工性能、优良的减振性能、较强的抗电磁干扰性能和抗高能粒子穿透能力等优异性能,在航空、航天、军事、汽车和电子工业具有广阔的应用前景,但镁锂合金耐蚀性差已成为制约其广泛应用的“瓶颈”。本文利用微弧氧化技术在镁锂合金表面制备了微弧氧化膜,并结合溶胶-凝胶技术制备了微弧氧化/溶胶-凝胶复合涂层。利用扫描电镜、X-射线衍射、X-射线光电子能谱和动电位极化等测试手段研究了膜层的微观形貌、组成和耐腐蚀性能。研究了镁锂合金在未添加与添加钛溶胶的碱性磷酸盐电解液中的微弧氧化过程,以及钛溶胶的添加对镁锂合金微弧氧化膜的表面及截面形貌、表面粗糙度、组成及耐腐蚀性能的影响。结果表明：添加钛溶胶后,制备的蓝色微弧氧化膜中除MgO外,膜层还有Ti2O3和ZiO2,膜层的致密性提高、表面粗糙度降低、耐腐蚀性能得到了一定程度的提高。利用微弧氧化技术和溶胶-凝胶技术相结合在镁锂合金表面制备了微弧氧化/溶胶-凝胶复合涂层,通过对复合涂层热处理工艺条件的优化确定了适合复合涂层的热处理工艺参数,对比研究了微弧氧化膜与复合涂层的微观形貌、组成及耐腐蚀性能等。结果表明：微弧氧化膜表面的微孔及微裂纹完全被溶胶-凝胶层封闭,复合涂层表面有均匀分布的微裂纹,碱性硅酸盐电解液中制备的微弧氧化膜主要由Mg2Si04和MgO组成,溶胶-凝胶涂层经热处理后为无定形ZiO2的有机-无机复合物,复合涂层的致密性和耐腐蚀性能较好。研究了LA141合金在碱性硅酸盐电解液中的微弧氧化过程,以耐腐蚀性能为指标确定了电解液中钨酸盐的添加量,考察了处理时间对在添加钨酸盐的碱性硅酸盐电解液中制备的膜层的表面形貌及组成的影响,对比分析了在未添加与添加钨酸盐的碱性硅酸盐电解液中制备的微弧氧化膜的微观形貌、组成、耐腐蚀性能及动电位极化测试后的表面形貌。结果表明：随处理时间的延长,在添加钨酸盐的电解液中进行微弧氧化处理的LA141合金表面逐渐被微弧氧化膜覆盖,膜层相组成中除MgO和Mg2SiO4外还有WO3；未添加钨酸盐的电解液中制备的膜层较薄,主要由MgO和Mg2SiO4组成,电解液中添加钨酸盐后膜层厚度明显增大,膜层主要由MgO、Mg2SiO4以及W03组成,且膜层的耐腐蚀性能得到了提高。两种微弧氧化膜在含3.5 wt.%NaCl溶液中的腐蚀类型为点蚀。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 镁锂合金的特点及研究现状
• 1.1.1 镁锂合金的研究历史及现状
• 1.1.2 镁锂合金的表面处理技术
• 1.2 微弧氧化技术研究
• 1.2.1 微弧氧化技术的研究历史及现状
• 1.2.2 微弧氧化电源及电参数的控制
• 1.2.3 微弧氧化电解液
• 1.2.4 微弧氧化机理
• 1.2.5 微弧氧化技术应用
• 1.3 微弧氧化膜基复合涂层研究
• 1.4 课题研究的目的及意义
• 1.5 本课题的研究内容
• 第2章 实验材料及方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 仪器与设备
• 2.3 试剂
• 2.4 微弧氧化实验装置
• 2.5 微弧氧化膜的制备
• 2.5.1 前处理
• 2.5.2 电解液的配制
• 2.5.3 微弧氧化处理
• 2.6 微弧氧化膜的表征方法
• 2.6.1 X-射线衍射（X-ray diffraction,XRD）
• 2.6.2 扫描电子显微镜（Scanning electron microscope,SEM）
• 2.6.3 激光共聚焦扫描显微镜（Laser scanning confocal microscope）
• 2.6.4 X-射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）
• 2.6.5 傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared,FT-IR）
• 2.6.6 动电位极化（Potentiodynamic polarization,PDP）
• 第3章 镁锂合金在添加钛溶胶的碱性磷酸盐电解液中微弧氧化的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验方法
• 3.3 实验结果分析与讨论
• 3.3.1 时间-电压曲线分析
• 3.3.2 形貌及能谱分析
• 3.3.3 XRD分析
• 3.3.4 XPS分析
• 3.3.5 耐腐蚀性能分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 镁锂合金表面MAO/SOL-GEL复合涂层的研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验方法
• 4.3 溶胶-凝胶热处理工艺的研究
• 4.3.1 热处理温度对复合涂层的影响
• 4.3.2 热处理时间对复合涂层的影响
• 4.4 MAO/SOL-GEL复合涂层的表征
• 4.4.1 形貌及EDS分析
• 4.4.2 XRD及FT-IR分析
• 4.4.3 XPS分析
• 4.4.4 耐腐蚀性能分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 LA141合金在硅酸盐/钨酸盐复合电解液中微弧氧化的研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验方法
• 5.3 钨酸盐添加量对微弧氧化膜的影响
• 5.3.1 钨酸盐添加量对微弧氧化膜表面形貌的影响
• 5.3.2 钨酸盐添加量对微弧氧化膜元素组成的影响
• 5.3.3 钨酸盐添加量对微弧氧化膜耐腐蚀性能的影响
• 5.3.4 钨酸盐添加量对微弧氧化膜动电位极化后表面形貌的影响
• 5.4 复合电解液中微弧氧化膜的表征
• 5.4.1 时间-电压曲线分析
• 5.4.2 处理时间对微弧氧化膜的影响
• 5.4.3 形貌及EDS分析
• 5.4.4 XRD分析
• 5.4.5 XPS分析
• 5.4.6 耐腐蚀性能分析
• 5.4.7 动电位极化测试后腐蚀形貌
• 5.5 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