镁合金微弧氧化-SiO2溶胶复合处理膜层的制备及耐蚀性研究

论文摘要

采用有机醇盐水解法制备了SiO2溶胶,利用浸渍-提拉制膜技术在AZ31B镁合金微弧氧化陶瓷层表面制备SiO2无机膜层,研究微弧氧化-SiO2复合膜层的组织结构、结合机制和耐蚀性。借助傅立叶红外光谱（FT-IR）分析SiO2溶胶的结构组成；使用涡流测厚仪与表面粗糙度测量仪分别测量陶瓷层与复合膜层的厚度和表面粗糙度；采用扫描电子显微镜（SEM）观察陶瓷层和复合膜层的表面和截面形貌；通过能谱（EDS）和X射线光电子能谱（XPS）分析了陶瓷层和复合膜层表面元素组成及化学结合状态的变化；采用浸泡试验、中性盐雾试验和电化学测试对比分析了微弧氧化处理与复合处理镁合金试样的耐蚀性。最后探讨了陶瓷层的厚度和表面形貌对复合膜层结构以及耐蚀性的影响规律。研究结果表明：以正硅酸乙酯和水为原料,无水乙醇为溶剂,浓盐酸为催化剂,可制备均匀、透明的溶胶,其含有SiO2胶粒。根据复合膜层的微观结构分析,SiO2胶粒可进入陶瓷层表面微孔并填充孔洞,形成有效的封孔,同时溶胶在陶瓷层表面形成均匀的SiO2膜层,且水与正硅酸乙酯的比例显著影响SiO2层的质量。复合膜层间的结合方式以物理结合为主,表现为分子间作用力与机械咬合力。镁合金试样表面复合膜层的腐蚀电流密度与陶瓷层相比降低了两个数量级。浸泡试验中,较微弧氧化处理镁合金试样的腐蚀失重量10.32g/m2,复合处理镁合金试样可降低至3.12g/m2。镁合金微弧氧化-SiO2复合膜层耐蚀性的提高依赖于SiO2胶粒填充微孔以及在陶瓷层表面形成的阻挡层,这两者的共同作用减缓了腐蚀介质向陶瓷层内的扩散,同时复合膜层中的MgSiO3也能够减缓腐蚀过程。镁合金微弧氧化-SiO2复合膜层耐蚀性受到陶瓷层厚度、SiO2胶粒填充陶瓷层表面微孔的效果以及SiO2层自身结构完整性与化学稳定性共同影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 镁合金的特点与存在的问题
• 1.2 镁合金表面处理技术及特点
• 1.2.1 化学转化
• 1.2.2 阳极氧化
• 1.2.3 金属涂层
• 1.2.4 有机物涂层
• 1.2.5 新兴的表面处理技术
• 1.3 微弧氧化的技术原理
• 1.3.1 微弧氧化的基本原理
• 1.3.2 微弧氧化的工艺特点及应用
• 1.3.3 镁合金微弧氧化处理存在的问题
• 1.4 封孔处理
• 1.4.1 封孔技术分类及特点
• 1.4.2 镁合金微弧氧化陶瓷层的封孔处理
• 1.5 溶胶-凝胶技术制备无机膜层
• 1.5.1 溶胶-凝胶技术原理与过程
• 1.5.2 溶胶-凝胶技术制备薄膜材料
• 2保护膜层'>1.5.3 溶胶-凝胶技术制备SiO₂保护膜层
• 1.6 课题的研究目的与意义
• 1.7 课题的研究内容与技术路线图
• 2 试验设备及实验方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 试样材料
• 2.1.2 试样尺寸
• 2.1.3 试样制备
• 2.1.4 试验药品
• 2.2 试验设备及用途
• 2.2.1 微弧氧化设备
• 2.2.2 其它试验仪器
• 2.3 微弧氧化陶瓷层和复合膜层微观结构分析
• 2.3.1 溶胶产物分析
• 2.3.2 陶瓷层厚度的测量
• 2.3.3 陶瓷层和复合膜层粗糙度的测量
• 2.3.4 陶瓷层和复合膜层的组织结构分析
• 2.3.5 陶瓷层和复合膜层的微观形貌观察
• 2.3.6 陶瓷层和复合膜层的表面元素分析
• 2.4 微弧氧化陶瓷层和复合膜层的耐蚀性评价
• 2.4.1 浸泡试验
• 2.4.2 电化学分析
• 2.4.3 中性盐雾试验
• 2溶胶对复合膜层组织结构和耐蚀性的影响'>3 SiO₂溶胶对复合膜层组织结构和耐蚀性的影响
• 2溶胶的制备'>3.1 SiO₂溶胶的制备
• 2溶胶配比的选择'>3.1.1 SiO₂溶胶配比的选择
• 2溶胶产物的分析'>3.1.2 SiO₂溶胶产物的分析
• 2复合膜层微观结构的影响'>3.2 溶胶配比对微弧氧化-SiO₂复合膜层微观结构的影响
• 2复合膜层的制备'>3.2.1 微弧氧化-SiO₂复合膜层的制备
• 2复合膜层晶体结构分析'>3.2.2 微弧氧化-SiO₂复合膜层晶体结构分析
• 2复合膜层表面粗糙度分析'>3.2.3 微弧氧化-SiO₂复合膜层表面粗糙度分析
• 2复合膜层形貌观察'>3.2.4 微弧氧化-SiO₂复合膜层形貌观察
• 2复合膜层表面元素分析'>3.2.5 微弧氧化-SiO₂复合膜层表面元素分析
• 2复合膜层耐腐蚀性能分析'>3.3 微弧氧化-SiO₂复合膜层耐腐蚀性能分析
• 3.3.1 电化学分析
• 3.3.2 浸泡试验
• 3.3.3 复合膜层的耐蚀机理
• 2复合膜层结合状态分析'>3.4 微弧氧化-SiO₂复合膜层结合状态分析
• 4 微弧氧化工艺对复合膜层微观结构和耐蚀性的影响
• 4.1 微弧氧化时间对陶瓷层和复合膜层结构的影响
• 4.1.1 微弧氧化时间对陶瓷层厚度和粗糙度的影响
• 4.1.2 微弧氧化时间对陶瓷层和复合膜层微观形貌的影响
• 4.2 微弧氧化时间对陶瓷层和复合膜层耐蚀性的影响
• 4.2.1 电化学分析
• 4.2.2 中性盐雾试验
• 4.3 占空比对陶瓷层和复合膜层微观结构的影响
• 4.3.1 占空比对陶瓷层厚度和粗糙度的影响
• 4.3.2 占空比对陶瓷层和复合膜层微观形貌的影响
• 4.4 占空比对陶瓷层和复合膜层耐蚀性的影响
• 4.4.1 电化学分析
• 4.4.2 中性盐雾试验
• 2复合膜层耐蚀性的影响因素'>4.5 镁合金微弧氧化-SiO₂复合膜层耐蚀性的影响因素
• 2复合膜层的腐蚀过程'>4.5.1 镁合金微弧氧化-SiO₂复合膜层的腐蚀过程
• 2复合膜层耐蚀性提高的途径'>4.5.2 镁合金微弧氧化-SiO₂复合膜层耐蚀性提高的途径
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献