氧化石墨烯对AZ31镁合金微弧氧化膜层耐蚀性的影响

摘要

镁及镁合金由于其密度低、比强度高等优良的机械性能,被广泛的用于航空航天、汽车和电子等领域。但是由于镁及镁合金的耐蚀性差,限制了其在许多腐蚀环境下的应用。微弧氧化(MAO)作为一种表面处理技术,能在镁、铝和钛等金属表面原位生成一层陶瓷质氧化膜,该氧化膜具有硬度高、耐蚀性和耐磨性好等优点。
　　本文通过Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),并对其进行测试与表征。随后,将其添加到AZ31镁合金MAO所使用的电解液中,从微观结构、相组成和耐蚀性等方面研究了其对MAO膜层性能的影响。主要结论如下:
　　(1)合成的GO的平均粒径和Zeta电位分别为1.14μm和-63.5mV(pH=7)。紫外-可见吸收光谱和X射线衍射结果表明,合成的GO上存在羟基等含氧官能团。
　　(2)开发了一种分两步进行MAO膜层的制备工艺,第一步采用磷酸钠电解液预成膜,第二步采用磷酸氢二钠弱碱性电解液配方。研究了第二步MAO电解液中GO的加入对MAO膜层厚度和耐蚀性等影响。结果表明,电解液中GO的加入会降低MAO膜层的厚度;当电解液中掺入1g/L GO时,MAO膜层的耐蚀性有一定提高;而当电解液中GO的含量为2g/L,MAO膜层的耐蚀性下降。
　　(3)采用分两步进行MAO膜层的制备工艺,第一步仍为强碱性的磷酸钠电解液预成膜,第二步采用磷酸二氢钠弱酸性电解液配方。研究了第二步弱酸性电解液中添加不同浓度的GO,对膜层厚度、微观结构和耐蚀性等方面的影响。结果表明:GO加入降低了MAO膜层的厚度和表面孔隙率。EDS和XPS结果表明GO成功的进入到了MAO膜层,并被部分的还原成了rGO。电化学测试表明,电解液中GO的加入提高了膜层的耐蚀性;其中,当电解液中的GO含量为2g/L时,膜层的耐蚀性最好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 镁及镁合金

1．2 镁合金表面处理技术

1．2．1 金属镀层

1．2．2 转化膜

1．2．2 氢化物涂层

1．2．3 阳极氧化

1．2．3 气相沉积

1．2．4 有机/聚合物涂层

1．3 微弧氧化

1．3．1 微弧氧化过程

1．3．2 影响膜层因素

1．3．2 膜层特征

1．4 氧化石墨烯

1．4．1 石墨烯特性

1．4．2 氧化石墨烯特性

1．5 选题目的及研究内容

第二章 试验方法

2．1 试验材料

2．1．1 镁合金试样

2．1．2 氧化石墨烯

2．1．3 试验药品及试剂

2．2 试验装置及设备

2．3 氧化石墨烯的表征

2．4 膜层的性能及表征

2．4．1 膜层厚度测试

2．4．2 膜层形貌与元素分析

2．4．3 膜层相组成分析

2．4．4 X射线光电子能谱分析(XPS)分析

2．4．5 电化学测试

第三章 氧化石墨烯的制备和表征

3．1 引言

3．2 氧化石墨烯的制备

3．3 结果与讨论

3．3．1 粒径及Zeta电位测试

3．3．2 紫外-可见吸收测试

3．3．3 X射线衍射仪分析

3．4 本章小结

第四章 弱碱性电解液中GO对MAO膜的耐蚀性影响

4．1 引言

4．2 弱碱性电解液配方的确定

4．2．1 Na2HPO4的浓度确定

4．2．1 NaF的浓度确定

4．2．1 柠檬酸钠的浓度确定

4．3 结果与讨论

4．3．1 电流-时间曲线

4．3．2 膜层的形貌与厚度

4．3．3 电化学测试结果

4．4 本章小结

第五章 弱酸性电解液中GO对MAO膜性能影响

5．1 引言

5．2 弱酸性电解液配方的确定

5．3 结果与讨论

5．3．1 电流-时间曲线

5．3．2 膜层的形貌与厚度

5．3．3 膜层微观结构与元素分析

5．3．4 膜层的相组成

5．3．5 XPS分析

5．3．6 电化学测试结果分析

5．4 本章小结

第六章 总结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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