论文部分内容阅读
在碱性硅酸盐体系中,采用微弧氧化技术对镁合金进行表面处理,利用SEM、XRD、EDS以及XPS等手段分析陶瓷膜的结构,探讨成膜机理;同时对其耐蚀及耐磨性能进行评价。通过正交试验,结合单因素实验分析,确定了电解液的较优组成为:Na2SiO36g/L,NaF2g/L,C3H8O310ml/L,KOH2g/L。 微弧氧化过程的电压~时间曲线上存在两个明显的转折点,将曲线分为三个线性阶段。根据电极/溶液界面发生的现象,微弧氧化过程分为普通阳极氧化、火花沉积、微弧及弧光放电阶段。电压~时间曲线上第一、第二转折点分别对应于击穿电压、临界电压。曲线的第一、第二、第三阶段分别对应于普通阳极氧化阶段、火花沉积阶段、微弧及弧光放电阶段。微弧氧化过程中陶瓷膜基本是均匀增重的,在开始一段时间内,氧化膜向外侧和基体内部同时生长,一定时间后向基体内部生长占据主导地位。 普通阳极氧化阶段形成的陶瓷膜与常规阳极氧化膜表面形貌相类似;当发生击穿时,微孔分布在呈凸起状陶瓷颗粒的中间位置或边缘,形成微孔镶嵌的的网状结构;对应于临界电压点的陶瓷膜表面不存在明显的孔洞;微弧阶段氧化膜的表面重新出现许多大小不一的微孔,呈网状结合在一起,陶瓷膜主要由内部的紧密层和外部的疏松层组成。添加表面活性剂后,极大地降低了陶瓷膜的孔隙率。 陶瓷膜主要由镁橄榄石Mg2SiO4及方镁石MgO组成。MgO的生成类似于普通阳极氧化;硅酸钠在水溶液中水解产生的正硅酸高温脱水或SiO32-在微弧区高温高电场作用下直接氧化可生成SiO2,在等离子放电的高温作用下,SiO2及MgO均呈熔融状态,微弧熄灭时,在电解液的冷却作用下发生相变,最终生成Mg2SiO4及MgO的混合物。沿着膜层的深度方向,Mg元素的含量逐渐升高,而Si、O元素的含量逐渐降低,表明沿着膜的深度方向,MgO的含量逐渐增加,Mg2SiO4的含量逐渐减少,紧密层主要由MgO组成,疏松层为MgO与Mg2SiO4的混合物。 导致微弧氧化电流效率低的因素包括金属的阳极溶解、已有膜层的溶解以及氧气的析出。氧气的析出是影响电流效率的主要因素,析出途径为:在氧化膜/溶液界面,水分子或OH-被直接氧化,水分子也可能在微弧氧化过程的热作用而发生热分解,溶液中的电解质也可以直接氧化生成氧气。另一方面,在氧化膜内,O2-也会生成氧气,包覆于氧化膜内。 经微弧氧化处理后,镁合金的硬度以及耐磨性能均显著提高。动电势极化曲线、电化学交流阻抗、循环阳极极化曲线、腐蚀失重试验以及腐蚀后的形貌观察一致表明:经微弧氧化处理后,镁合金的抗均匀腐蚀及耐点腐蚀能力均显著提高,腐蚀过程可分为四个阶段:腐蚀介质渗透表面疏松层;孔内及疏松层/紧密层的轻微腐蚀;腐蚀产物导致孔内体积膨胀,疏松层破裂;部分紧密层遭到破坏,局部镁合金出现点腐蚀。随着微弧氧化处理时间的延长,陶瓷膜的耐磨性降低,这与粗糙度及疏松层的厚度有关。随着磨损时间的延长,磨损速率逐渐降低,因为越接近内层,陶瓷膜越致密,耐磨性越好,导致整体磨损速率降低。