AM60B镁合金微弧氧化工艺研究

论文摘要

镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、减震性好、电磁屏蔽性好等特点,因此,镁合金越来越广泛的应用于航空、汽车和电子通讯等工业中。但它的耐蚀性差,严重限制了其应用的发展。常用的化学氧化和阳极氧化等表面处理方法对镁合金有一定的保护作用,但是耐蚀性、外观等方面仍不能满足其应用发展的需要。近年来,人们进行了各种新技术的开发,微弧氧化技术较好的满足了上述要求。微弧氧化是新兴起的一种材料表面处理方法,是在阳极氧化的基础上发展起来的一项高新技术。微弧氧化又称微等离子体氧化或阳极火花沉积,是将Al、Mg、Ti等金属或其合金置于电解质水溶液中,利用电化学方法,使材料表面的微孔处产生火花放电斑点,在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下,生成陶瓷层的方法。本文对AM60B镁合金在不同配方的电解液中进行了微弧氧化处理,经过大量筛选实验和正交试验,确定了镁合金微弧氧化电解液的最佳配方,该电解液无毒无害,对环境没有污染;同时,为优化镁合金微弧氧化过程中的电参数和处理时间等重要参数,本文以降低膜层的腐蚀率和提高膜层的厚度为优化目标,通过均匀设计方法设计神经网络的训练样本;通过BP神经网络的自学习建立起优化目标与设计变量之间的神经网络优化模型,并采用遗传算法完成对影响镁合金微弧氧化的电参数和处理时间的优化,并计算出其优化值,得到了镁合金微弧氧化过程中的电参数和处理时间的优化设计。本文还重点研究了镁合金微弧氧化处理过程发生的局部烧蚀现象,对局部烧蚀现象的形成机理及影响因素进行了详细的分析和研究;另外研究了火花放电对镁合金微弧氧化的影响和火花放电与镁合金微弧氧化膜层的生长关系。最后,为了研究陶瓷膜层的形成机理和耐磨、耐腐蚀等特性,借助金相显微镜和SEM,观察和分析了膜层表面和断面的形貌;利用能谱仪和XRD分析了膜层的成分和结构。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 镁合金的应用及表面处理现状
• 1.1.1 镁及其合金的特性
• 1.1.2 镁合金的应用现状
• 1.1.3 镁合金应用面临的问题
• 1.1.3.1 镁合金需要表面处理
• 1.1.3.2 镁合金表面处理的研究现状
• 1.2 镁合金微弧氧化处理
• 1.2.1 镁合金传统表面处理方法的不足
• 1.2.2 微弧氧化处理的优点
• 1.3 微弧氧化技术的研究现状
• 1.3.1 研究概况
• 1.3.2 目前成熟的微弧氧化工艺简介
• 1.3.3 微弧氧化的膜层制备方法
• 1.4 论文的选题依据
• 1.5 研究内容
• 第二章 试验设备及实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 试样的制取
• 2.3 实验设备
• 2.4 实验方案
• 2.4.1 前处理
• 2.4.2 预处理
• 2.4.3 溶液配制
• 2.4.4 微弧氧化处理过程
• 2.4.5 试样的测试分析
• 2.4.5.1 膜层厚度测试
• 2.4.5.2 表面及截面形貌分析
• 2.4.5.3 膜层成分及结构分析
• 2.4.5.4 电化学阻抗谱
• 2.4.5.5 48h腐蚀率测试
• 第三章 镁合金微弧氧化的工艺参数优化
• 3.1 前言
• 3.2 工艺参数优化过程
• 3.2.1 电解液组成成分含量优化
• 3.2.1.1 实验
• 3.2.1.2 结果及分析
• 3.2.1.2.1 直观分析
• 3.2.1.2.2 极差分析
• 3.2.1.2.3 较优方案的选择
• 3.2.2 微弧氧化电参数及处理时间的优化
• 3.2.2.1 参数优化方法
• 3.2.2.2 均匀设计法
• 3.2.2.3 神经网络
• 3.2.2.4 遗传算法
• 3.2.2.5 应用与讨论
• 3.3 本章结论
• 第四章 镁合金微弧氧化中局部烧蚀现象的研究
• 4.1 前言
• 4.2 现象描述
• 4.3 试验
• 4.4 烧蚀形成机理分析
• 4.4.1 诱发作用机制
• 4.4.2 电参数的影响
• 4.4.3 电解液的影响
• 4.4.4 其它影响因素
• 4.5 本章结论
• 第五章 火花放电对镁合金微弧氧化膜层性能的影响
• 5.1 前言
• 5.2 试验
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 火花的形成机理
• 5.3.2 火花放电与膜层的生长关系
• 5.3.3 火花放电对膜层形貌的影响
• 5.3.4 膜层的组成相分析
• 5.3.5 膜层的组成成分分析
• 5.3.6 火花放电对膜层耐蚀性的影响
• 5.4 本章结论
• 第六章 微弧氧化膜层的结构、性能及成膜机理研究
• 6.1 前言
• 6.2 微弧氧化膜层的结构与性能
• 6.2.1 微弧氧化膜层的表面形貌
• 6.2.2 微弧氧化膜层的截面形貌
• 6.2.3 微弧氧化膜层的组成物相分析
• 6.2.4 微弧氧化膜层的组成元素分析
• 6.3 微弧氧化的成膜机理
• 6.4 本章结论
• 第七章 总结论
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢