用于粘接的AZ31镁合金表面阳极氧化和微弧氧化工艺研究

摘要

镁及其合金是最轻的实用金属材料，密度仅为1．35-1．8 kg/m3，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。 本文主要通过正交实验对AZ31镁合金表面进行了阳极氧化和微弧氧化处理，对经过处理后AZ31镁合金表面进行了拉伸性能，SEM，EDX，XPS，XRD等测试，得到了拉伸性能最佳的AZ31镁合金表面处理配方。 1、通过正交试验研究了工艺参数对AZ31镁合金在硅酸盐溶液中阳极氧化后的粘接强度的影响，得到了最优阳极氧化配方；用SEM研究了氧化膜表面形貌，发现表面存在多孔结构与团聚结构共存的形貌；用EDX分析了表面成分，主要存在O、Mg、 Na、Al、Si、K等元素，用XPS分析了氧化膜中主要元素的价态，发现主要元素价态为O2-、Mg2+、Si4+、C4+；用XRD分析了表面的化合物，发现表面主要存在Mg，MgO，MgSiO3。 2、通过对拉伸应力最大的工艺参数的优化，得到了氧化膜层较薄、处理时间缩短三分之一的工艺，同时粘接性能、表面电位等参数并没有下降，从而大大降低了能耗，节约了能源。 3、利用正交试验研究了AZ31镁合金微弧氧化的最佳工艺，用XPS分析了氧化膜中主要元素的价态，发现主要元素价态为O2-、Mg2+、Si4+、C4+；用XRD分析了表面的化合物，发现表面主要存在Mg，MgO，MgSiO3；用SEM研究了氧化膜表面形貌，发现表面是均匀的多孔结构；用EDX分析了表面成分，主要存在O、Mg、 Na、Al、Si、K等元素。 4、通过对微弧氧化膜占空比梯度试验，得到了占空比与粘接强度的关系，利用Matlab软件编程后分析了试样表面电镜照片，计算出表面孔隙率，从而得到氧化处理占空比、氧化膜表面粘接强度及孔隙率三者间成正比的关系。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1镁合金的性能与应用

1.2镁合金阳极氧化概述

1.2.1镁合金阳极氧化的意义

1.2.2镁合金阳极氧化膜的生成机理

1.2.3镁合金阳极氧化膜的成分

1.2.4镁合金阳极氧化膜的结构

1.2.5镁合金阳极氧化工艺

1.2.6镁合金阳极氧化的应用

1.3镁合金微弧氧化概述

1.3.1镁合金微弧氧化膜的概念与特点

1.3.2微弧氧化技术的发展历史

1.3.3微弧氧化的研究现状及应用前景

1.4胶接技术概述

1.4.1粘接力的产生原因

1.4.2粘接力的影响因素

1.4.3胶接对镁合金表面的要求

1.4.4镁合金粘接的一般步骤

1.4.5胶缝的破坏形式

1.5存在的问题

1.6论文选题的立论、目的和意义

1.7本课题的主要研究内容

第二章 实验材料和试验方法

2.1实验材料

2.1.1镁合金试片

2.1.2主要化学试剂

2.1.3主要实验仪器

2.2试验方

2.2.1前处理工艺

2.2.2氧化工艺

2.2.3微弧氧化工艺

2.3氧化膜性能测试

2.3.1外观检测

2.3.2膜层厚度测量

2.3.3表面电极电位测试

2.3.4单板拉剪试验

2.3.5 SEM显微形貌观察

2.3.6 XPS成分分析

第三章 镁合金阳极氧化膜成膜条件研究

3.1阳极氧化工艺的优化

3.2阳极氧化正交试验结果

3.2.1阳极氧化工艺极差分析

3.2.2阳极氧化膜的XPS分析

3.2.3阳极氧化膜的EDS分析

3.2.4阳极氧化膜的XRD分析

3.2.5阳极氧化膜的表面形貌

3.3本章小结

第四章 节能氧化膜工艺的研究

4.1节能氧化膜工艺的制定

4.2改进配方试验结果

4.2.1改进工艺的XPS分析

4.2.2改进工艺的EDS分析

4.2.3改进工艺的XRD分析

4.2.4改进工艺的表面形貌分析

4.3本章小结

第五章 镁合金微弧氧化膜成膜条件研究

5.1微弧氧化工艺的优化

5.2微弧氧化正交试验结果

5.2.1微弧氧化工艺极差分析

5.2.2微弧氧化工艺的XPS分析

5.2.3微弧氧化工艺的EDS分析

5.2.4微弧氧化工艺的XRD分析

5.2.5微弧氧化工艺的表面形貌分析

5.3本章小结

第六章 占空比对微弧氧化膜性粘接性能的进一步研究

6.1微弧氧化工艺配方的制定

6.2试验结果

6.2.1改进工艺的占空比、表面空隙率、粘接强度分析

6.2.2改进工艺的XPS分析

6.2.3改进工艺的EDS分析

6.2.4改进工艺的XRD分析

6.3本章小结

第七章 总结论

参考文献

致谢

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