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1、第45卷增刊厦门大学学报(自然科学版)Vol.45Sup.2006年5月JournalofXiamenUniversity(NaturalScience)May2006AZ91D镁合金微弧阳极氧化及表面处理研究3王周成,唐毅,许杰(厦门大学化学化工学院材料科学与工程系,福建厦门361005)摘要:采用微弧阳极氧化技术在AZ91D镁合金表面获得多孔结构的氧化膜,用不同方法对所得氧化膜进行表面后处理以提高其防腐蚀性能.用扫描电镜和电化学方法对阳极氧化膜的形貌和防腐蚀性能进行了研究,比较了不同表面处理方法
2、的作用和效果.结果表明,采用水合及有机物封孔处理能够有效地封闭AZ91D镁合金微弧阳极氧化膜的微孔,使镁合金耐蚀性能显著提高.关键词:镁合金;微弧氧化;表面处理;耐蚀性能中图分类号:O646文献标识码:A文章编号:043820479(2006)S20292204镁及镁合金具有密度低,比强度高的特点,并且散弧阳极氧化的电解液组成经过实验筛选,获得了一种热性佳、回收性好、抗电磁干扰、屏蔽能力强以及能量简单、环保的电解液配方,并对微弧阳极氧化所得的具衰减系数大等特性,在航空航天、汽车工业、光学仪器、有多孔
3、状结构氧化膜进行表面后处理,进一步提高其计算机制造、家电、通讯以及医疗器材等领域有着广泛耐蚀性能.[1～3]的应用.然而,由于镁合金的化学活性较高,在空1实验部分气中很容易氧化,生成疏松、保护能力差的氧化膜,导致镁合金在潮湿的大气、土壤和海水中都容易发生严选材为AZ91D铸造镁合金,成分(质量百分数)重的腐蚀,限制了镁合金的广泛应用.为了使镁合金得为Al9.1%,Zn0.85%,Mn0.17%,Si≤0.05%,Fe≤到更为广泛的应用,对其进行表面处理已成为日益重0.004%,Cu≤0.015%,余
4、量为Mg.[4～6]要的研究课题.本实验工艺流程如下:微弧阳极氧化又称为微等离子阳极氧化或阳极火制备样品→砂纸打磨→水洗→微弧阳极氧化→水花沉积,是将金属材料置于电解质溶液中,利用火花放洗→后处理→吹干电作用在其表面原位生成陶瓷膜层的方法.由于阳极样品工作面尺寸为10mm×10mm,非工作面采氧化膜与金属基体结合力强,电绝缘性好,光学性能优用环氧树脂封住.用水磨砂纸由粗到细打磨(320#→良,耐热冲击,耐磨损,耐腐蚀,因此阳极氧化已经成为500#→800#→1200#)至表面无划痕.所用的电解液[7
5、,8]镁及镁合金常用的一种表面改性方法.镁合金微组成不含对环境有害的物质,并且原料廉价易得(见弧阳极氧化过程是将镁合金置于电解质溶液中,在一表1).所用药品为分析纯,用去离子水配制.定电压作用下,使表面微孔中产生火花放电斑点,火花放电使阳极表面局部温度升高,微区温度高于表1电解液的组成Tab.1Compositionofelectrolyte1000℃,从而使阳极氧化物熔覆在金属表面,形成陶-1瓷质的阳极氧化膜.成分含量/(g·L)镁合金微弧阳极氧化电解液的组成决定了氧化膜NaOH56层的组成和性质
6、.现有关于镁合金微弧阳极氧化防腐Na2SiO3346+蚀处理的溶液配方大多含有Cr,对环境有害.实际H3BO322应用中电解液应不含对环境有害的物质,同时具有成Na2CO332本低、易于维护等特点.AZ91D镁合金是目前使用最多的典型压铸镁合金,本文对适合于AZ91D镁合金微微弧阳极氧化过程在室温下进行,采用直流电源,以AZ91D镁合金试样为阳极,铂片为阴极,两极间的收稿日期:2006201218距离为2cm.接通电源后,缓慢升高电压,当电压升到基金项目:国家自然科学基金(20573086)资助64
7、V时,试样表面出现弧光放电现象,并有细微的爆作者简介:王周成(1963-),男,博士,副教授.3通讯作者:zcwang@xmu.edu.cn破声.保持该电压2min,缓慢升高电压直至表面重新增刊王周成等:AZ91D镁合金微弧阳极氧化及表面处理研究·293·出现密集均匀的放电火化.重复上述过程,当电压增加介电击穿,发生微区弧光放电,因此微弧氧化获得的氧[9,10]到96V时,停止增大电压,直至规定氧化时间.微弧阳化膜具有多孔结构.从AZ91D镁合金微弧阳极氧极氧化过程中用磁力搅拌以保持整个体系恒温和电
8、解化膜表面的SEM图(见图1a)可以看出,氧化膜表面由液成分的均匀,氧化时间为25～30min.直径几十微米大颗粒及大量几微米小颗粒组成,颗粒熔采用水合和有机物封孔对微弧阳极氧化获得的多化后连在一起,每个大颗粒中间残留一个几微米大小的孔氧化膜进行表面后处理.水合封孔是将微弧阳极氧放电气孔,颗粒上能观察到氧化膜熔化的痕迹.化后的样品置于沸水中煮10min;有机物封孔是用丙氧化膜孔洞的存在使腐蚀介质容易渗入,导致基体酮将环氧树脂或酚醛清漆稀释,将微弧阳极氧化后的腐蚀.为了
