纳米颗粒对镁合金微弧氧化膜层表征的影响项目研究报告

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1、江苏科技大学（张家港）本科生创新计划纳米颗粒对镁合金微弧氧化膜层表征的影响研究报告主持：刘启明指导老师：王淑艳2014年1月2日13目录一．绪论二．镁合金微弧氧化实验材料及膜层制备三．镁合金微弧氧化膜层形貌分析四．镁合金微弧氧化膜层耐蚀性的测定分析五．镁合金微弧氧化膜层耐磨性的测定分析六．成果一览13一．绪论作为最轻质的金属结构材料，镁合金具有密度小、热导率高、铸造性好、尺寸稳定性好、减震能力强、机加性能优良等优点，因此越来越受到人们的青睐；但其硬度低、对应力集中较敏感、耐磨和耐蚀性差仍是影响镁合金大范围使用的重要因素，因此必须通过相

2、应的处理来提高其相关性能。微弧氧化是目前镁合金表面处理技术的研究热点之一，它依靠弧光放电产生的瞬间高温高压作用，在合金表面生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层，从而提高镁合金的耐蚀耐磨等性能。而微弧氧化陶瓷膜层的性能受很多因素的影响，包括电解液的组成、电参数的设置等。其中对电解液的研究集中在基础电解液的配置和添加剂的选择上，通过向电解液中加入不同的添加剂可提升膜层的相关性能。由于一些纳米粒子本身具有耐磨、耐蚀、耐高温的特性，将其作为添加剂加入电解液中，这些弥散质点会对膜层的结构和性能产生影响，故本文在硅铝复合电解液中加入纳米SiC，研

3、究纳米SiC对镁合金微弧氧化陶瓷膜膜层的微观形貌、物相组成、耐磨耐蚀性的影响。二．镁合金微弧氧化实验材料及膜层制备1.试验材料本实验所用材料为压铸AM50镁合金，其化学成分见表2.1所示。表2.1AM50镁合金的成分（Wt.%）AlMnZnSiCuNiFeMg4.40-5.500.26-0.60≤0.22≤0.01≤0.01≤0.002≤0.004余量用线切割将压铸镁合金切割成15mm×15mm×5mm的块状试样，并依次用600号、1000号、1500号水砂纸打磨，超声波清洗。实验所用电解液化学药品见表2.2所示13表2.2电解液组分

4、药品化学式密度（体积分数）质量（体积）NaSiO315g/L75gC6H5Na3O77g/L35gNaAlO29g/L45gC3H8O35ml/L25LNa2B4O72g/L10gNaOH3g/L15g并向电解液中添加不同含量的纳米SiC颗粒，含量分别为0、2、4、6、8g/L。2.实验设备WHD-20型微弧氧化装置，超声波清洗器，oxford公司生产的CMI233涡流测厚仪，JSM-6510LA扫描电镜，日本岛津公司生产的XRD-6000型X射线衍射仪，chi660d电化学工作站，UMT-2型摩擦磨损试验机等设备。3.镁合金微弧氧化

5、膜层制备（1）试样前处理先利用试样切割机将镁合金锭切割成大小一致的规则长方体，然后利用600#、800#、1200#型号的SiC砂纸分别将试样表面逐级打磨致划痕方向一致，接着将试样放入50℃的无水乙醇中利用超声波清洗器清洗10min左右，最后利用去离子水冲洗，吹风机冷风吹干试样备用。（2）电解液的配置根据实验的具体步骤，将称量好的化学试剂依次加入到装有一定量去离子水的烧杯中，同时用玻璃棒不断搅拌使其充分溶解。在添加药品的过程中，注意对于彼此互相反应的药品需要待一种药品充分溶解后再加入另一种药品。当电解质完全溶解后，添加去离子水至所需浓

6、度（溶液所需体积5L，成分见表2.2）。（3）微弧氧化处理AM50镁合金13试样表面通过打螺纹孔与铜丝相连，悬浮于电解液中，试样底部不能与电解槽接触，夹具与铜丝连接点保持紧密接触，夹具其余部分需进行绝缘处理。将夹具和电解槽分别连接电源的两极，进行微弧氧化。输入预定的控制参数，采用恒流控制方式，设置正向电流密度为15A/dm2，负向电流密度为18A/dm2，频率为520Hz，正占空比为38%，负占空比为30%，氧化时间为15min，接通电源，进行5组试样膜层的制备。分别观察实验现象并记录反应过程中电压随时间的变化。微弧氧化处理过程中通过

7、循环水冷却电解液，使其温度保持在40℃左右。待试样反应到所需时间，关闭电源，取出试样。（4）试样后处理将经过微弧氧化处理后的试样用去离子水清洗，接着冷风吹干，待编号结束后装入试样袋，以便观察检测用。三．对镁合金膜层形貌及组成分析1.镁合金膜层厚度分析采用oxford公司生产的CMI233涡流测厚仪测量膜层的厚度。为了得到较准确的统计数据，在每个试样上下两表面各取10个点进行测量，取平均值作为每个试样膜层的最终厚度。图3.1微弧氧化膜层厚度13图3.1给出了膜层的厚度值与溶液中碳化硅的添加量之间的关系图，从图中可以看出随着溶液中碳化硅含

8、量的增加，膜层的厚度值逐渐增加，但总体来说膜层厚度值相差不大，其中最厚膜层与最薄膜层之间的厚度值只相差几微米。这是由于添加的SiC颗粒是纳米级的，其覆盖到膜层表面后，也没有很明显的提高微弧氧化膜层的厚度值。2.镁合金膜层