镁合金的微弧氧化陶瓷工艺和生产应用研究.pdf

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1、边光明张晋辉周开方：镁合金的微弧氧化陶瓷T艺和生产应用研究25镁合金的微弧氧化陶瓷工艺和生产应用研究边光明张晋辉周开方1前言镁合金是现代世界上最轻质的商用金属材料，被誉为二十一世纪的绿色工程材料。它具有比重轻(其密度为1．8，是铝的2／3，钢的1／4)、比强度及比刚度高、阻尼性能好、导热性好(比塑料高200倍)、电磁屏蔽性能强、摩擦不起火花、减振降噪性能好(比铝高30倍)、良好的铸造性能与液态成型性能、以及切削加工性能好和易于回收利用等一系列的优点，因此越来越受到世界各国的重视和青睐。镁合金独特的优良的性能，满足了现代汽车、交通、航空航天、

2、军工以及通讯、能源等工业对减重、节能的要求。并将逐步替代工程塑料以满足3C产品的轻、薄、小型化和电磁屏蔽、高集成度以及环保方面的要求。因此镁合金的研究、开发和应用正日益得到广泛的发展。但由于镁合金的化学性能极为活泼。其抗腐蚀能力差．严重地影响和限制了镁合金在诸多领域的快速发展和推广应用。镁合金必须进行适当的表面防护处理后才能使用。目前常用的防腐蚀方法主要为化学氧化、阳极氧化、镀铬和喷涂等，但都存在氧化膜薄、耐蚀性差、工艺复杂、成本较高和污染环境等弊病．未能彻底的解决好镁合金的防腐蚀的问题。20世纪80年代．一种新型的先进的表面处理技术——铝

3、合金微弧氧化。成为国际表面处理技术研究的热点。进入90年代以来，美、德、俄、日等国加快了该技术的研发工作，取得了较大进展，并开始投入工业应用。近几年来镁合金的表面处理技术是世界镁业界共同关注的课题。因此借鉴铝合金的微弧氧化技术。开始对镁合金进行微弧氧化技术研究和应用开发。这也促进了我国开始对镁合金微弧氧化技术的研究开发。我们的研究课题是同镁合金生产企业太原跃进镁业合作．对不同材质的镁合金进行微弧氧化工艺研究和生产应用。通过试验研究，以提高镁合金的抗腐蚀能力。扩大镁合金的工程结构件的应用。取得了成功。为进一步实现产业化打下了基础。2镁合金微弧

4、氧化处理原理及试验2．1镁合金微弧氧化处理的原理镁合金的微弧氧化是将镁合金工件作为阳极。置于电解液中。通过利用专用的微弧氧化电源，在工件上施加电压。在高温、高压电场作用下，使工件表面的金属和电解质溶液相互作用。在工件表面产生弧光放电，并在热化学、电化学和等离子化学的共同作用下．在工件表面原位生成陶瓷膜，达到表面强化的目的。微弧氧化所形成的陶瓷层与基体结合牢固，具有膜层厚、绝缘性好、硬度高的特点。可大大改善镁合金的耐蚀性、耐磨性和耐热冲击性。2．2镁合金微弧氧化试验我们的研究．通过定量试验和验证。检验和掌握国内外经验和成果，再通过分析。结合生

5、产实际。自主创新、攻克技术难点，最终应用于生产。2．2．1试验过程1．微弧氧化处理设备微弧氧化设备包括：微弧氧化专用电源、槽组部分、加热温控部分、冷却部分、搅拌部分、行车部分、监控系统等，如图l。电源部分为多功能、双极性、高频率微弧氧化非对称性脉冲交流电源，其主要技术参数如下：(1)功率：100kW(2)电流电压范围：0---270A／800V，可设定、可调，额定电压800V。正向电流／电压输出最高为270A／800V。负向电流／电压输出最高为270M300V(3)矩形波的最小脉宽≤100p,s。占空比：卜90％(4)电源频率可调范围：10

6、--2000Hz(5)可输出波形的种类：正负向电流、单向方波脉冲、单向方波双脉冲、双向方波脉冲。电解槽是用水循环冷却。设备操作半自动和手动控制转换。内燃机与配件2010年第4期圈1徽弧曩化设置不蠢圈2．具体相关工艺数据如下：(1)电源功率：100kW(2)加工面积：1．5m2(3)电耗：lkW·h／dm2(以膜厚60斗m计)(4)溶液环保，不含重金属，符合排放标准。(5)设备：电源，手动或半自动操作。(6)陶瓷生长速率为小时5卜100dm2(7)生产能力：3卜40m2／班(以厚度40“m计)3．试验材料及电解液配方试验处理的材料为AZ91D

7、、AZ61D、AZ31B镁合金。对电解液配方优化，主要借鉴目前微弧氧化已有和正在研究的电解液配方。通过正交试验，确定硅酸盐系和磷酸盐系两种电解液。硅酸盐电解液主要以硅酸钠、硼酸钠、氢氧化钾、氟化钾等组成；磷酸盐电解液由六偏磷酸钠、六氟铝酸钠、氢氧化钾、三乙醇胺等组成。通过试验对其电解液成分及反应方法的掌握．完全可以实现工厂化批量生产，而电解液配方没有重金属。生产过程无污染，符合环保要求。AZ91D镁合金在不同配方的电解液中进行了微弧氧化处理．经过筛选试验和正交试验，确定了组分电解液的最佳配方，该电解液无毒无害，对环境没有污染。在此电解液中，

8、镁合金经微弧氧化处理后，表面形成光滑的膜层，其耐蚀性比镁合金基体有较大提高。在此基础上，研究了处理时间、电流密度和后处理对膜层性能的影响，确定了微弧氧化的适宜工艺参数。借助能谱仪