【摘 要】
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微弧氧化(micro-arc oxidat ion,MAO)是一种工艺简单、环保、高效的新型表面处理技术,可在Al、Mg、Ti等有色金属表面原位生长陶瓷薄膜,理想的微弧氧化膜层具有良好的耐磨耐蚀性、耐高温和电绝缘性能.目前,微弧氧化技术在工业化应用中还才存在一些严峻的问题：1.能耗大,产能低,其总电流效率仅为10％～30％,大量的能量浪费在溶液升温方面,并导致电解液冷却困难.2.由于陶瓷膜的形成过
【机 构】
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江苏科技大学材料科学与工程学院,镇江212003
【出 处】
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第八届全国腐蚀大会暨第217场中国工程科技论坛
论文部分内容阅读
微弧氧化(micro-arc oxidat ion,MAO)是一种工艺简单、环保、高效的新型表面处理技术,可在Al、Mg、Ti等有色金属表面原位生长陶瓷薄膜,理想的微弧氧化膜层具有良好的耐磨耐蚀性、耐高温和电绝缘性能.目前,微弧氧化技术在工业化应用中还才存在一些严峻的问题：1.能耗大,产能低,其总电流效率仅为10％～30％,大量的能量浪费在溶液升温方面,并导致电解液冷却困难.2.由于陶瓷膜的形成过程非常复杂,至今还没有一个合理的模型能全面描述陶瓷膜的形成,关于成膜的热力学和动力学规律还有待于深入的研究和理论分析；微弧氧化陶瓷层在形成和生长中溶质离子的作用机理尚不清楚.电流是影响微弧氧化处理工艺的重要电参数,对膜层性能和质量也有决定性的影响.然而,微弧氧化过程的能量消耗是不断变化的,整个实验过程始终保持输入电流恒定,必然不能满足反应要求.基于以上研究背景,本文选用硅酸钠-磷酸钠复合电解液,在课题组创新提出并优化的两阶段递减调节电流模式(1.2-0.6A)条件下,对ZK6O镁合金进行微弧氧化试验.运用扫描电镜、激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪,以及全浸实验、电化学和摩擦磨损等分析测试方法,研究两阶段递减电流控制模式下不同时间点对应MAO膜层的微观组织形貌、厚度、粗糙度、耐蚀耐磨等性能,并重点深入分析膜层内外生长机制和致密层/疏松层的生长阶段,实现了对膜层生长结构的突破性研究.在两阶段递减调节电流模式,首先,根据MAO过程电压-时间曲线、火花放电规律以及不同时间点下膜层微观形貌的变化,将微弧氧化过程大致分为四个阶段：(1)阳极氧化阶段,(2)氧化膜被击穿开始进入微弧氧化阶段,(3)微弧氧化高压快速生长阶段,(4)低压熔融修复阶段.其中,对膜层表面的孔洞形成机制进行了初步的探究,根据高倍扫描电镜观察发现,微弧氧化孔洞的形成是以一种"孔中套孔,层层堆垛"形式展开的.初期,氧化膜被击穿,表面形成大量密集放电通道,基体与电解液反应产物从孔洞通道中喷涌出来,堆垛或平铺在孔洞周围,部分孔洞被覆盖；随反应时间延长,电压上升,原先被覆盖的薄弱膜层处再次被击穿,形成较大孔洞,周而复始,形成孔中套孔,层层堆垛的发展形势.基于以上研究基础,进一步深入研究了膜层内外生长规律.通过激光共聚焦显微镜观察经半封处理后的微弧氧化膜层的截面,得出膜层初期向内生长,随时间反应进行,膜层向内向外同时生长,并且推断向内形成致密层,向外形成疏松层.随后,对致密层与疏松层的形成阶段进行了验证,主要通过电化学工作站以及全浸试验对不同时间点对应的膜层进行了耐蚀性能测试,结果得出,经微弧氧化处理后的膜层耐蚀性相对于镁合金基体均有很大程度的提高,其中耐蚀性较好的分别是成膜初期(180s)和成膜后期(720s),800s时膜层耐蚀性最好.这是由于初期膜层厚度虽较薄,但致密性好,表面缺陷少；后期表面孔洞增多,但厚度较大且孔洞非通孔,耐蚀性提高.
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