镁合金阳极氧化膜性能的电化学研究

论文摘要

镁合金被誉为是21世纪最富有开发和应用潜力的“绿色工程材料”,由于其具有其他结构金属所无法比拟的优良特性,被广泛地应用于汽车、航空航天以及通讯制造等工业中,但是由于镁合金的耐腐蚀性差制约了镁合金应用的进一步扩展,而阳极氧化技术是最有潜力的表面处理技术之一。本文研究了阳极氧化工艺参数氧化时间、电流密度和温度对镁合金AZ31阳极氧化膜的制备及性能的影响,并对工艺参数进行优化。利用SEM和交流阻抗技术研究阳极氧化膜的生长过程。利用电化学噪声研究镁合金AZ31及其氧化膜的腐蚀过程。研究结果表明:1、氧化时间和电流密度对氧化膜的形成是正影响,参数值越大,氧化膜越容易形成,但是值过大后,会造成氧化膜粗糙,耐腐蚀性能变差。温度对氧化膜对氧化膜的形成是负影响,温度越高氧化膜越不易形成,当温度超过50℃后,阳极氧化不能进行。2、确定了镁合金AZ31的阳极氧化最优化工艺参数:氧化时间为20min,电流密度为10mA/cm~2,氧化温度为20℃。3、在试样浸入电解液后很快便在表面形成氧化膜,而且氧化膜一直都存在着两层结构,在生长过程中致密层和多孔层的生长并不是同步的,而是动态变化的,并且两层之间还可以相互转化。4、镁合金AZ31的腐蚀首先是横向扩展,遍布整个试样后再纵向扩展,横向和纵向交替发展。而形成阳极氧化膜的试样的腐蚀过程可以分为三个阶段,腐蚀介质侵入氧化膜阶段、腐蚀萌生发展阶段和腐蚀加剧阶段。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 镁合金背景
• 1.1.1 镁概述
• 1.1.2 镁合金的特性
• 1.1.3 镁合金的应用
• 1.2 存在的问题和腐蚀的特点
• 1.2.1 负差数效应
• 1.2.2 镁合金的腐蚀类型
• 1.3 镁合金防护的方法
• 1.4 阳极氧化工艺
• 1.4.1 典型的阳极氧化工艺
• 1.4.2 镁合金阳极氧化成膜机理
• 1.5 本文的主要研究内容和意义
• 2 实验材料及研究方法
• 2.1 实验材料、药品及仪器
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验药品及仪器
• 2.2 实验方案设计
• 2.3 阳极氧化装置
• 2.4 实验方法
• 2.4.1 电化学测试方法
• 2.4.2 阳极氧化膜厚度检测
• 2.4.3 阳极氧化膜结合力测试
• 2.4.4 微观形貌及成分分析
• 2.4.5 浸泡实验
• 3 工艺参数对镁合金阳极氧化的影响及优化
• 3.1 氧化时间的影响
• 3.1.1 氧化时间对成膜过程的电压变化影响
• 3.1.2 氧化时间对阳极氧化膜厚度的影响
• 3.1.3 氧化时间对阳极氧化膜形貌的影响
• 3.1.4 氧化时间对开路电位（OCP）的影响
• 3.1.5 氧化时间对极化曲线的影响
• 3.1.6 氧化时间对交流阻抗的影响
• 3.2 电流密度的影响
• 3.2.1 电流密度对成膜过程的电压变化影响
• 3.2.2 电流密度对阳极氧化膜厚度的影响
• 3.2.3 电流密度对阳极氧化膜形貌的影响
• 3.2.4 电流密度对开路电位（OCP）的影响
• 3.2.5 电流密度对极化曲线的影响
• 3.2.6 电流密度对交流阻抗的影响
• 3.3 温度的影响
• 3.3.1 温度对成膜过程的电压变化影响
• 3.3.2 温度对阳极氧化膜厚度的影响
• 3.3.3 温度对阳极氧化膜形貌的影响
• 3.3.4 温度对开路电位（OCP）的影响
• 3.3.5 温度对极化曲线的影响
• 3.3.6 温度对交流阻抗的影响
• 3.4 本章小结
• 4 最优化阳极氧化膜的形貌、成分和相组成
• 4.1 最优化阳极氧化膜的结合力及形貌
• 4.2 最优化阳极氧化膜的成分和相组成
• 4.3 本章小结
• 5 镁合金阳极氧化成膜过程
• 5.1 镁合金阳极氧化的过程
• 5.2 交流阻抗法研究阳极氧化成膜过程
• 5.2.1 镁合金不同氧化时间的氧化膜的阻抗谱的变化规律
• 5.2.2 阳极氧化膜的交流阻抗等效电路模型
• 5.2.3 交流阻抗谱的拟合
• 5.3 本章小结
• 6 镁合金阳极氧化膜腐蚀过程
• 6.1 腐蚀过程形貌变化
• 6.2 阳极氧化膜腐蚀过程的交流阻抗研究
• 6.2.1 阳极氧化膜腐蚀过程的阻抗变化
• 6.2.2 阳极氧化膜腐蚀过程阻抗谱的拟合
• 6.3 阳极氧化膜腐蚀过程的电化学噪声变化
• 6.3.1 时域分析
• 6.3.2 频域分析
• 6.4 本章小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录