镁合金由于具有质轻、比强度、比刚度好,减震性好等优良特点,现已成为航空航天、现代汽车、电子通信等行业的首选材料。但镁合金力学性能较差,作为结构件易发生疲劳断裂。其次,镁合金化学活性大,空气中易与水发生腐蚀,这种局部的腐蚀又会加速镁合金的疲劳失效。因此,研究镁合金的疲劳性能具有重要意义。本课题选择挤压态AZ31镁合金作为研究对象,采用微弧氧化表面处理技术在其表面制备了厚度分别为5μm、10μm、20 μm和30 μm的陶瓷层,通过三点弯曲疲劳实验、三点弯曲腐蚀疲劳实验和三点弯曲静载实验,并结合陶瓷层的物相组成、表面形貌、粗糙度、致密性、残余应力和耐蚀性能等参数和特性,讨论了微弧氧化表面处理对AZ31镁合金疲劳性能的影响。研究结果表明:微弧氧化表面处理降低AZ31镁合金在空气中的疲劳极限,且随着陶瓷层厚度的增加,试样的疲劳极限降低幅度分别为9.9%、15.4%、17.1%、17.1%,最终维持在AZ31镁合金疲劳极限的83%左右。S-N疲劳曲线表明,所有微弧氧化试样的过载持久值均高于AZ31镁合金,表明陶瓷层可抑制镁合金的疲劳裂纹萌生;疲劳断口分析可知,不同于镁合金的裂纹源萌生位置,微弧氧化试样疲劳裂纹均萌生于陶瓷层与基体的界面处,表明硬质陶瓷层可改变疲劳裂纹的萌生位置。三点弯曲静载实验中,相对于AZ31镁合金,微弧氧化试样的抗弯强度最大可提高3.5%。且陶瓷层厚度越大,抗弯强度增大的越明显;随着陶瓷层厚度的增加,撕裂功逐渐增大,当陶瓷层厚度增至30 μm左右时,撕裂功增加了 11776.1N·mm。表明陶瓷层还可降低试样的缺口敏感度。微弧氧化表面处理降低镁合金疲劳极限的主要原因是在陶瓷层生长过程中增加了镁基体的残余拉应力。首先,MgO的PBR为0.78,原位生长的陶瓷层会在镁基体上产生较大拉应力;其次,MgO与金属镁基体的热膨胀系数和弹性模量分别相差75%和88%,在陶瓷层熔融及冷淬的生长过程中又会产生较大的拉应力。对试样微弧氧化前后镁基体上应力的测试表明,随着陶瓷层厚度的增加,微弧氧化处理后镁基体上拉应力的增值由9.5 MPa 增加到 36.6 MPa。微弧氧化表面处理能提高AZ31镁合金在腐蚀介质中的疲劳性能,在腐蚀疲劳过程中,陶瓷层的耐蚀性能越好,镁合金的腐蚀疲劳性能改善的越明显。在3.5 wt%NaCl溶液中随着陶瓷层厚度的增加,试样的腐蚀疲劳极限升高幅度分别为0.4%、5.53%、19.37%、21.74%。腐蚀环境越强,陶瓷层的耐蚀性越好,微弧氧化技术对镁合金腐蚀疲劳性能的改善越好。当腐蚀介质为2 wt%K2Cr2O7+3.5 wt%NaCl溶液时,陶瓷层厚度为30 μm的微弧氧化试样的腐蚀疲劳寿命,是AZ31镁合金试样腐蚀疲劳寿命的4倍,比同等厚度试样在3.5 wt%NaCl溶液中的腐蚀疲劳寿命多3671循环周次。电化学腐蚀实验中,微弧氧化试样比AZ31镁合金试样的腐蚀电流密度小,腐蚀电位高。其中,陶瓷层厚度为30 μm微弧氧化试样在3.5 wt%NaCl溶液和2 wt%K2Cr2O7+3.5 wt%NaCl溶液中,腐蚀电位分别比AZ31镁合金试样高0.145 V和0.305 V,腐蚀电流密度分别降低了一个和四个数量级,且腐蚀电流密度降低的程度与腐蚀疲劳寿命改善的程度正相关。由此表明对于化学活性较强的AZ31镁合金,陶瓷层对镁合金耐蚀性的提高比陶瓷层对镁基体拉应力降低的影响更为显著。