AZ31镁合金阳极氧化工艺及其腐蚀行为研究

摘要

镁及其合金是最轻的实用金属材料，密度仅为1.35～1.8g/cm3，具有较高的比强度、比刚度、电负性和导热性，很好的电磁屏蔽性，良好的消震性和切削加工性能，在航空、汽车、电子、船舶、建筑、军事等领域具有广阔的应用前景。然而，镁及其合金的电极电位非常负，且其表面氧化膜离散、疏松多孔，导致其在中性、酸性和海洋性环境中的抗蚀性能极低，只有在pH＞10.5(饱和Mg(OH)2的pH值)的溶液中才具有较好的耐蚀性能。因此，镁及其合金的较低抗蚀性能(特别是在海洋气候条件下)成为了限制其在实际中广泛应用的瓶颈。 本文开发出一种新型环保型阳极氧化工艺，能在AZ31及AZ91D等镁合金表面形成一层具有较好耐腐蚀性能的阳极氧化膜层。该镁合金阳极氧化工艺与传统阳极氧化工艺相比具有不含铬、磷、氟等对人体和环境有害的物质、且阳极氧化设备简单等优点，有利于推广应用。 阳极氧化膜对基体的防护性能的优劣取决于众多的工艺参数，例如，试样前处理、电解质溶液配方、工作电压、处理温度、阳极氧化时间、封孔等。本文在前期探索性实验研究的基础上，采用低压交流电源并选用含硼盐为主要添加剂的碱性氧化液对AZ31镁合金进行阳极化处理，详细考察了溶液配方、工作电压、处理(养护)时间以及添加剂种类和用量对镁合金阳极氧化成膜效果的影响，并对氧化工艺进行了优化。采用该技术得到的AZ系镁合金氧化膜的自腐蚀电流密度低于1×10-7A·cm2、氧化膜厚度为10～25μm且可以控制，厚度为22μm的未封孔氧化膜耐中性3.5wt.％NaCl盐雾试验时间超过300小时，可满足某军工厂的镁合金烟雾弹弹壳的防护要求；同时发现氧化膜的颜色(类陶瓷膜或泥土状)主要取决于添加剂的种类和用量。XRD测试显示，氧化膜的主要组成是MgO(方镁石型，Periclase)和Mg，未能用现有手段检测到硼元素的存在。 采用电化学阻抗谱技术研究了裸露AZ31镁合金在中性0.1mol/LNaCl溶液中的腐蚀行为。发现在裸露AZ31镁合金的整个腐蚀过程中，EIS均存在与电极表面变化剧烈程度(主要是点蚀)相关的低频感抗特征；随着腐蚀的进行，与镁合金在空气中生成的离散(原始)氧化膜相关的高频容抗弧以及与镁合金腐蚀(反应)速率相关的中频容抗弧演化为一个容抗弧，表明此时的原始氧化膜与腐蚀产物膜具有同样的性质，即腐蚀电极表面的原始离散氧化膜完全转化为腐蚀产物膜。在整个AZ31镁合金阳极氧化膜的腐蚀过程中，EIS均存在与电极表面变化剧烈程度(主要是点蚀)相关的低频感抗特征。在腐蚀刚刚开始时，由于氧化膜的“自精饰”作用导致EIS存在两个容抗弧；在氧化膜的腐蚀过程中，EIS均表现出一个高频容抗弧和一个低频感抗弧的特征，且容抗弧半径随腐蚀时间的延长而减小；在腐蚀后期，由于腐蚀产物与失效的残留氧化膜的共同作用，EIS又出现与镁合金基体腐蚀相关的容抗弧，即此时的EIS复平面图由两个高、中频容抗弧和一个感抗弧组成。 采用电化学噪声技术，研究了裸露AZ31镁合金在0.1mol/L中性NaCl溶液中的腐蚀电化学行为。裸露AZ31镁合金的腐蚀之初，由于电极表面覆盖有在空气中形成的原始离散氧化膜，导致EDP的高阶(低频)能量占据主导地位；同时由于侵蚀性粒子在原始离散氧化膜的缺陷处的攻击，导致与点蚀密切相关的低阶(高频)能量分量在EDP中占据重要的地位(第二位)。在镁合金的整个腐蚀过程中重复地发生腐蚀产物膜生长、局部剥离和大面积剥离的现象，因此，EDP谱图的特征相应地发生规律性变化：产物膜比较完整时，低频能量分量占据主导地位；腐蚀产物膜局部剥离时，低频能量分量降低，高频能量分量增大；产物膜大面积剥离时，高频能量分量占据主导地位。

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

第二章实验材料及研究方法

第三章镁合金阳极氧化工艺研究

第四章AZ31镁合金及其氧化膜的EIS研究

第五章AZ31镁合金的电化学噪声初步研究

第六章结论

前景展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢