镁锂合金表面微弧氧化膜的制备与性能研究

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、比刚度、优良的电磁屏蔽能力等优异性能,在航空、航天、电子、军事等领域具有广阔的应用前景。镁锂合金的耐蚀性差是限制镁锂合金广泛应用的关键因素。基于对合金表面处理本质的理解,我们首次提出利用改进的微弧氧化技术对镁锂合金进行表面处理,以期在镁锂合金表面获得具有良好耐蚀性、耐磨性以及与合金基体结合牢固的微弧氧化膜层。通过简单电解液初选与正交试验优化,开发出适宜镁锂合金微弧氧化的高效、无氟环保型电解液（多聚磷酸钠6g,六偏磷酸钠0.9g:氢氧化钠4.5g;三乙醇胺15mL;蒸馏水1.5L）。在此基础上研究了工艺参数对氧化膜的生长过程、厚度、微观结构及耐蚀性能的影响。确定了较佳的工艺参数:电流密度:5 A/cm2、氧化时间:8 min、频率:2000 Hz,占空比:15%。研究了低锂含量镁锂合金在添加和未添加TiO2纳米粒子的复合磷酸盐电解液中的微弧氧化过程。利用扫描电镜（SEM）,X-射线衍射分析（XRD）、X-射线光电子能谱（XPS）、动电位极化（PDP）以及电化学交流阻抗（EIS）等测试手段研究了TiO2纳米粒子对微弧氧化膜的宏观、微观形貌、组成以及电化学性能的影响。结果表明:添加TiO2纳米粒子后,微弧氧化膜的颜色由白色变为蓝色,与白色氧化膜相比,蓝色膜具有更少的结构缺陷和更为均一的微观结构,并且合金的耐蚀性能得到了显著的提高。研究了高锂含量LAl41合金在碱性复合磷酸盐电解液中的微弧氧化过程。通过氧化过程中电流密度和电压变化规律的分析研究了LAl41合金表面微弧氧化膜的生长动力学;利用SEM、XRD、XPS、PDP以及EIS等测试手段分析了微弧氧化膜的组成、结构以及电化学性能;并对微弧氧化机理进行了初探。结果表明:LAl41合金的微弧氧化过程分为初级阶段,阳极氧化阶段,过渡阶段和微弧氧化阶段;LAl41合金表面的微弧氧化膜主要由方镁石型氧化镁,基体的β相固溶体和含磷的无定形相组成;经过微弧氧化后合金的耐蚀性能得到了显著提高,其中对合金起主要保护作用的是氧化膜的内部致密层。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 镁锂合金概述
• 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
• 1.2 微弧氧化概述
• 1.2.1 微弧氧化技术的研究历史及现状
• 1.2.2 微弧氧化的过程和机理
• 1.2.3 微弧氧化的工艺特点
• 1.3 课题研究的目的及意义
• 1.4 本课题的研究内容
• 第2章 实验方法及设备
• 2.1 试剂及仪器
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 试剂
• 2.1.3 仪器与设备
• 2.2 微弧氧化实验设备
• 2.3 微弧氧化膜的制备
• 2.3.1 前处理
• 2.3.2 电解液的配置
• 2.3.3 微弧氧化
• 2.4 微弧氧化陶瓷膜的性能测试
• 2.4.1 广角X-射线衍射（Wide-angle X-ray diffraction,WAXRD）
• 2.4.2 X-射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）
• 2.4.3 扫描电子显微镜（Scanning electron microscope,SEM）
• 2.4.4 厚度测试（Thickness test）
• 2.4.5 动电位极化（Potentiodynamic polarization,PDP）
• 2.4.6 电化学阻抗谱（Electrochemical impedance spectroscopy,EIS）
• 第3章 镁锂合金微弧氧化工艺参数的研究
• 3.1 引言
• 3.2 微弧氧化电解液配方的开发
• 3.2.1 电解液配方的初选
• 3.2.2 电解液配方的优化实验
• 3.3 微弧氧化工艺参数的优化
• 3.3.1 电流密度的优化
• 3.3.2 氧化时间的优化
• 3.3.3 电源频率的优化
• 3.3.4 占空比的优化
• 3.4 本章小结
• 2纳米粒子掺杂的复合磷酸盐电解液中的微弧氧化研究'>第4章 镁锂合金在TIO₂纳米粒子掺杂的复合磷酸盐电解液中的微弧氧化研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 2纳米粒子浓度的优选'>4.3.1 电解液中TiO₂纳米粒子浓度的优选
• 4.3.2 表面形貌分析
• 4.3.3 XRD分析
• 4.3.4 EDX分析
• 4.3.5 XPS分析
• 4.3.6 电化学性能分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 LA141合金的微弧氧化研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 微弧氧化膜的生长过程
• 5.3.2 表面形貌分析
• 5.3.3 XRD分析
• 5.3.4 EDX分析
• 5.3.5 XPS分析
• 5.3.6 电化学性能分析
• 5.4 镁锂合金微弧氧化机理浅析
• 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