AZ91D镁合金微弧氧化处理耐蚀性及疲劳性能研究

论文摘要

镁合金微弧氧化处理是目前公认的最有前途的镁合金表面处理方法。本文借助体视显微镜、扫描电镜和X-Ray衍射仪,分析了AZ91D镁合金表面微弧氧化膜层的形貌、组成和结构。针对海洋和沿海服役环境,通过环境腐蚀试验和电化学阻抗谱的测定,对AZ91D镁合金表面采用微弧氧化处理的防护体系的耐蚀性进行了系统研究,对微弧氧化处理后AZ91D镁合金结构的静拉伸性能、疲劳性能以及预腐蚀后的静拉伸性能、疲劳性能进行了探索性研究,为微弧氧化技术的广泛应用奠定了基础,尤其为航空装备镁合金构件使用微弧氧化表面处理技术的可行性提供了理论依据。对AZ91D镁合金腐蚀行为研究表明,AZ91D镁合金的相分布特点决定了其腐蚀行为,α相优先在靠近晶界边缘处腐蚀,且腐蚀路径沿着晶界向纵深和横向扩展,腐蚀的主要形式是点蚀,并且以点蚀为腐蚀源,发展为局部腐蚀,其腐蚀过程是多种腐蚀形式综合作用的结果。不同热处理工艺的AZ91D镁合金的耐蚀性不同,经固溶时效热处理（T6）的AZ91D镁合金的耐蚀性要优于固溶均匀化热处理（T4）,原因在于经过T6热处理的镁合金,沿晶界析出的β相起了腐蚀屏障的作用,有利于阻挡镁合金的全面腐蚀。研究表明,经微弧氧化表面处理的AZ91D镁合金的抗盐雾腐蚀性明显优于化学氧化处理的,这与膜层的结构和膜层的稳定性有关。微弧氧化陶瓷层具有特殊的双层结构,外部是多孔的疏松层,内部是结构紧密的致密层,致密层与基体金属为冶金结合,结合强度高。微弧氧化膜层的电化学阻抗明显高于化学氧化的。经168h中性盐雾试验,微弧氧化膜层的腐蚀形式是点蚀,保护等级为9级,而化学氧化膜层的腐蚀形式是以缝隙腐蚀和均匀腐蚀为主,小孔腐蚀同时发生,保护等级为3级。微弧氧化陶瓷层的耐蚀性与膜层厚度有关。一定工艺参数下,存在一最佳的微弧氧化膜层,耐蚀性最佳,这一最佳厚度是由膜层的有效厚度决定的,而与膜层的总厚度关系不大。微弧氧化处理后又涂覆漆层的防护体系具有优良的耐蚀性,经23个周期环境试验（3h紫外线老化试验+36h中性盐雾试验为1个周期）未发生任何腐蚀,原因在于微弧氧化层细小、多孔的微观表面形貌有利于形成强结合力界面,提高漆层的涂装质量,内层的致密结构能够减少缺陷的出现,阻挡腐蚀介质的侵入。微弧氧化处理对AZ91D镁合金的抗拉强度没有影响。预先腐蚀使不同表面处理试件的抗拉强度有所降低,但下降幅度并不是很大,说明点蚀产生的应力集中,对AZ91D镁合金的抗拉强度影响并不明显。在均值Sm=4.72KN,幅值Sa=3.15KN,应力比R=0.2,载荷为等幅谱,频率为10Hz疲劳试验条件下,微弧氧化处理后AZ91D镁合金的平均疲劳寿命为54148次循环,与未处理的相当。中性盐雾预先腐蚀168h使不同表面处理试件的疲劳寿命明显降低,但由于微弧氧化膜层的抗腐蚀性高于化学氧化处理的,不存在缝隙腐蚀和均匀腐蚀,只有少量点蚀坑,试件的有效截面面积没有明显削弱,材料性能没有发生明显退化,因而其预腐蚀疲劳寿命要高于后者。微弧氧化膜厚对中性盐雾腐蚀432h后的预腐蚀疲劳寿命没有影响,原因在于蚀坑发展到一定水平后,试件疲劳寿命对蚀坑尺寸不再敏感。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 镁合金表面处理技术
• 1.2.1 化学氧化处理
• 1.2.2 阳极氧化处理
• 1.2.3 金属涂层
• 1.2.4 有机物涂层
• 1.2.5 其它处理方法
• 1.3 微弧氧化技术
• 1.3.1 微弧氧化技术的优点
• 1.3.2 国内外研究现状
• 1.3.3 微弧氧化处理工艺
• 1.3.4 应用现状
• 1.4 论文选题依据
• 1.5 研究内容
• 第二章 试验过程及测试方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 AZ91D 镁合金表面处理工艺
• 2.2.1 化学氧化处理
• 2.2.2 微弧氧化处理
• 2.3 测试方法
• 2.3.1 微弧氧化膜层厚度测试
• 2.3.2 形貌分析
• 2.3.3 成分分析
• 2.3.4 结构分析
• 2.3.5 耐蚀性测试
• 2.3.6 腐蚀试样的评级
• 2.3.7 力学性能测试
• 第三章 微弧氧化表面处理AZ91D 镁合金耐蚀性研究
• 3.1 AZ91D 合金腐蚀特性
• 3.1.1 AZ91D 合金腐蚀行为
• 3.1.2 热处理状态对AZ91D 耐蚀性影响
• 3.2 微弧氧化处理对AZ91D 耐蚀性的影响
• 3.2.1 AZ91D 不同表面处理膜层形貌与结构分析
• 3.2.2 不同表面处理AZ91D 合金耐盐雾腐蚀性
• 3.2.3 不同膜层的电化学阻抗谱
• 3.3 微弧氧化膜层厚度对耐蚀性的影响
• 3.3.1 恒流方式下不同厚度微弧氧化层工艺
• 3.3.2 不同厚度微弧氧化层微观形貌分析
• 3.3.3 不同厚度微弧氧化层耐盐雾腐蚀性
• 3.3.4 不同厚度微弧氧化膜层的电化学阻抗谱
• 3.4 微弧氧化处理+涂层体系的耐蚀性研究
• 3.4.1 试验现象
• 3.4.2 试验分析
• 3.5 小结
• 第四章 微弧氧化对AZ91D 镁合金力学性能影响研究
• 4.1 微弧氧化对AZ91D 镁合金抗拉强度的影响
• 4.1.1 微弧氧化对AZ91D 镁合金未腐蚀件抗拉强度的影响
• 4.1.2 微弧氧化对AZ91D 镁合金预腐蚀件抗拉强度的影响
• 4.2 微弧氧化对AZ91D 镁合金疲劳性能的影响
• 4.2.1 微弧氧化对AZ91D 镁合金未腐蚀件疲劳性能的影响
• 4.2.2 微弧氧化对AZ91D 镁合金预腐蚀疲劳性能的影响
• 4.2.3 微弧氧化膜厚对AZ91D 镁合金预腐蚀疲劳寿命的影响
• 4.3 小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 几点建议
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A F 分布数值表