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《镁合金微弧氧化》 fanwen.wenku1.com

时间:2017-11-13 10:46 点击: 次来源:网络整理

电解液组分对AZ91D镁合金微弧氧化膜层耐蚀性的影响*

王淑艳,夏永平,陆正萍,彭赞瑜,胡芮

(江苏科技大学 材料科学与工程学院,镇江 212003)

摘 要:在含有Na2SiO3、NaAlO2、Na2B4O7、NaOH、C3H8O3及C6H5Na3O7的硅铝复合电解液中,采用恒电流方式

对AZ91D镁合金进行微弧氧化处理。利用扫描电镜、膜层测厚仪、全浸泡试验和极化曲线等方法研究了陶瓷膜层的形貌特征、厚度以及耐蚀性能。结果表明,随着Na2SiO3、NaAlO2、Na2B4O7、NaOH、C3H8O3及C6H5Na3O7含量的增加,微弧氧化陶瓷膜层的耐蚀性基本均呈现出先提高后降低的变化趋势;当电解液中Na2SiO3、NaAlO2、Na2B4O7、NaOH、C3H8O3和C6H5Na3O7的含量分别为15g/L、12g/L、3g/L、2g/L、5mL/L及5g/L时,膜层耐蚀性最好。经过微弧氧化处理后试样的腐蚀电流密度较镁合金基体降低了近2个数量级,自腐蚀电位提高了150mV,镁合金的耐蚀性能得到了显著提高。

关键词:AZ91D镁合金;微弧氧化;电解液;耐蚀性

中图分类号:TG174.4 文献标识码:A 文章编号:

Effects of constitutes of electrolyte on the corrosion resistance of the coating fabricated on AZ91D

magnesium alloy

WANG Shu-yan, XIA Yong-ping, LU Zheng-ping, PENG Zan-yu, HU Rui

(School of Materials Science and Engineering, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang 212003, China)

Abstract: Microarc oxidation process was carried out on AZ91D magnesium alloy at a constant current in a dual electrolyte

containing Na2SiO3, NaAlO2, Na2B4O7, NaOH、glycerol and C6H5Na3O7. Characteristics of the coating such as morphologies, thickness and corrosion resistance were investigated by scanning electron microscopy, layer thickness meter, immersion test and potentiodynamic polarization test, respectively. The results showed that the corrosion resistance of the coating increased when the concentration of each composition of the electrolyte increased, however it decreased when the concentration increased further. The coating exhibited a better corrosion resistance when the electrolyte consisted of 15g/L Na2SiO3, 12g/L NaAlO2, 3g/L Na2B4O7, 2g/L NaOH、5mL/L C3H8O3 and 5g/L C6H5Na3O7. Compared with the magnesium alloy substrate, the corrosion current density of the coated sample approximately decreased two orders of magnitude and its corrosion potential increased by 150mV, indicating an effective protection for the magnesium substrate.

Keywords: AZ91D magnesium alloy; microarc oxidation; electrolyte; corrosion resistance

0 引 言

镁合金是工业上使用的密度最小的金属结构材料,它具有较高的比强度、优良的电磁屏蔽性能和尺寸稳定性、且镁合金产品又易于回收利用,因而受到了航空航天、汽车和电子通讯等行业的广泛关注[1-2]。但是镁合金化学性质活泼,耐蚀性差,必须经过一定的表面处理才能使用[3]。微弧氧化是近

收稿日期:2011-07-11 ;修回日期:2011-09-06

基金项目:*江苏高校优势学科建设工程资助项目(35061101) 作者简介:王淑艳(1970—),女(汉),山东海阳人,副教授。

年来发展起来的一种新型的表面处理技术,通过在镁合金的表面原位生长出陶瓷膜层而大大地改善其耐蚀性能与耐磨性能[4-5]。在镁合金微弧氧化过程中,选用的电解液对膜层的生成及性能有着极其重要的影响。常见的电解液[6-8]有碱性的硅酸盐体系、铝酸盐体系和磷酸盐体系。磷酸盐体系的处理废液对水体有污染,回收处理成本高;硅酸盐体系成本低,膜层较厚但不致密;而铝酸盐体系成膜速率慢,膜层相对较薄,但膜层较均匀光滑。有研究认为复合体系制备的膜层性能要高于单一体系制备出来

第1期

的膜层[9],而目前关于镁合金微弧氧化复合电解液体系的相关研究报道还不是很充分,故本文在由硅酸盐、铝酸盐及一些添加剂组成的复合电解液体系中制备出微弧氧化膜层,着重研究了电解液中各成分含量的变化对膜层耐蚀性能的影响。

1 试验材料与方法

试验材料为AZ91D标准商用镁合金,线切割加工成尺寸为15mm×15mm×5mm的试样,用水砂纸逐级打磨至2000号,再用超声波碱洗10min后蒸馏水清洗,冷风吹干后进行微弧氧化处理。

试验设备使用WHD-20型脉冲微弧氧化装臵,不锈钢槽为阴极,AZ91D镁合金试样为阳极,通过循环水冷保持电解液温度在40℃以下。固定电流密度jc=1.2ja= 12A/dm2,频率700Hz,占空比为±30%,时间为15min。电解液是由Na2SiO3、NaAlO2及一些辅助添加剂组成的溶液。

采用Oxford公司生产的膜层测厚仪测量微弧氧化膜层的厚度,以30个点的平均值作为膜层最终厚度;利用JSM-6480扫描电镜观察膜层微观形貌;利用美国EG&G公司的M283恒电位仪测试试样在3.5%wt.NaCl(pH=7)溶液中的动电位极化曲线,试验采用三电极系统,饱和甘汞电极为参比电极,铂电极为辅助电极,试样为工作电极,在自腐蚀电位上下250mV左右进行扫描,扫描速率为1mV/s,试样暴露面积为1cm2,测量温度为室温,测量之前所有成膜试样在溶液中静臵5min。

用全浸泡试验评价试样的耐蚀性能。将试样全浸到3.5%wt.NaCl介质中,室温浸泡168h后取出;采用清洁的软刷和超声波清洗去除表面腐蚀产物

后蒸馏水洗净,试样干燥后用精度为±0.1mg的电子分析天平称量,以腐蚀速率R(式1)评价膜层的耐蚀性能。 R

W0W1

S·t (1) 式中,S—试样表面积(m2);t—浸泡时间(h);W0—试样原始重量(g);W1—腐蚀产物清洗后的试样重量(g)。

2 结果与讨论

2.1 Na2SiO3含量对微弧氧化膜层厚度及耐蚀性的影响

电解液的组成为NaAlO2 12g/L、Na2B4O7 3g/L、NaOH 2g/L、C3H8O3 5mL/L,C6H5Na3O7 5g/L,选取Na2SiO3的含量分别为5g/L、10g/L、15g/L、20g/L、30g/L。从图1中可以看出,随着Na2SiO3含量的提高,膜层腐蚀速率先降后增,当Na2SiO3含量为15g/L时,膜层耐蚀性最好,腐蚀速率最低(0.0222 g·m-2·h-1)。膜层厚度随Na2SiO3含量的变化趋势与其耐蚀性变化一致,这表明膜层厚度是影响膜层耐蚀性的主要因素之一。不同Na2SiO3含量下膜层的截面微观形貌如图2所示。膜层主要由内、外两层组成,外层中存在一些微孔和裂纹,内层结构较为致密且与基体结合良好,呈锯齿咬合。当Na2SiO3含量较低(图2(a))时,膜层较薄,约为19.99μm,膜层中微孔和裂纹数量较多,这大大地降低了腐蚀介质Cl-1的扩散阻力,因而膜层耐蚀性较差;随着Na2SiO3含量的逐渐增加,膜层中细小微孔和裂纹数量减小,仅存在个别尺寸较大的孔洞,孔洞及裂纹之间没有相连且未贯穿整个膜层,膜层(图2(b))相对较致密,有研究[10]认为Na2SiO3含量的增加使得溶液电导率增加,发生微弧氧化现象的起弧电压降低,试样表面的火花变得更加均匀,生成的氧化膜更致密,因而耐蚀性相对较好;但是当Na2SiO3含量进一步增大时,试样表面放电现象更加剧烈,火花尺寸比较大,这导致膜层(图2(c))中缺陷数量增加,故而一定程度上降低了膜层的耐蚀性能,因此,随着Na2SiO3含量的增加,膜层的耐蚀性呈现先增后降的变化趋势。 m

腐蚀速μ/厚率膜/g〃m-2〃h

-1

NaSiO含量/g〃L

-1

23

图1 Na2SiO3含量对膜层厚度及其耐蚀性的影响

Fig.1 Effects of Na2SiO3 concentration on thickness and

corrosion resistance of MAO coatings

2.2 NaAlO2含量对微弧氧化膜层厚度及耐蚀性的影响

电解液的组成为Na2SiO3 15g/L、Na2B4O7 3g/L、

22 中 国 表 面 工 程 2011年

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