基本信息
- 项目名称：
- 镁合金化学转化-微弧氧化复合膜的制备
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 采用化学转化与微弧氧化相结合的新方法在AZ91D镁合金表面制备了深色复合陶瓷膜。通过化学转化预处理的方法将Zn元素引入到微弧氧化陶瓷膜中，复合陶瓷膜主要成分为ZnO、ZnO2和Mg3(PO4)2，表面光滑、致密、颜色均匀。添加甘油可以使微弧氧化反应更加稳定，使陶瓷膜层放电孔径变小，增加了膜层的致密性和提高膜层的抗腐蚀能力。72小时盐水浸泡实验和电化学测试分析表明陶瓷膜的耐蚀性得到明显提高。
- 详细介绍：
- 采用化学转化与微弧氧化相结合的新方法在AZ91D镁合金表面制备了深色复合陶瓷膜，利用L16(45)正交试验优化出化学转化处理液最佳工艺条件：氧化锌5g/L，酒石酸5g/L，硝酸钠7g/L，氟化钠0.5g/L，pH4.0。采用SEM和XRD检测陶瓷膜的表面形貌、成分、结构，结果表明在AZ91D镁合金表面制备了致密、耐蚀、颜色均匀的复合陶瓷膜，陶瓷膜由致密层和疏松层组成。甘油加入能够减小微弧氧化膜表面的放电孔径，提高其致密性和耐腐蚀性能。电化学测试和浸泡实验检测其耐蚀性，结果表明：通过化学转化预处理的方法将Zn元素引入到微弧氧化陶瓷膜中，复合陶瓷膜主要成分为ZnO、ZnO2和Mg3(PO4)2，表面光滑、致密、颜色均匀，进而证明化学转化参与微弧氧化反应。72小时盐水浸泡实验表明化学转化-微弧氧化复合膜的耐腐蚀性能比单一化学转化和微弧氧化均有较大的提高。电化学测试测得镁合金转化膜的腐蚀电位为-1.6919V，微弧氧化的腐蚀电位为-1.6566V，化学转化-微弧氧化复合膜的腐蚀电位为-1.5865V。经过处理后的镁合金化学转化-微弧氧化膜较单一的镁合金转化膜和微弧氧化膜的腐蚀电位正移、腐蚀电流降低，进一步证明化学转化-微弧氧化膜的耐蚀性最好。对镁合金进行化学转化与微弧氧化都能提高镁合金的耐腐蚀性能，化学转化和微弧氧化相结合制备复合膜的耐蚀性增加的更为显著。
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撰写目的和基本思路
- 微弧氧化技术是目前较好的镁合金表面处理方法。现有微弧氧化技术在镁合金表面形成的膜颜色较单一，多为白色陶瓷膜，色彩的单一，表面存在着大量的微孔，是膜层腐蚀的主要途径。减少氧化膜的放电孔径有效地途径就是在电解液中加入添加剂，但电解液的稳定性能下降，我们采用一种新的方法——化学转化-微弧氧化法制备陶瓷膜层，有效减少微弧氧化膜放电孔径，陶瓷层均匀致密，同时赋予镁合金表面一定的颜色，增加镁合金的表面装饰性。
科学性、先进性及独特之处
- 将镁的微弧氧化技术、化学转化技术有机的结合起来，建立镁合金彩色陶瓷膜的制备的新方法—化学转化/微弧氧化法，阐明微弧氧化及其膜的制备过程中主要因素对膜的微观结构和性能的影响规律与机理，成功制备出耐蚀性能显著提高、结合力良好的镁合金灰黑色陶瓷膜，为其在实际中的推广应用奠定坚实的科学基础。
应用价值和现实意义
- 采用化学转化与微弧氧化相结合的方法成功制备出结合力好的镁合金彩色陶瓷膜，其耐腐蚀性能有了显著的提高，为其在实际中的推广应用奠定坚实的科学基础。项目实施主要面向汽车、航空航天及电子产品领域，经微弧氧化处理的镁合金可用作气缸、油缸体，深水器械设备，以及火箭、火炮等需瞬时耐高温的零部件等。项目实施可以推动镁金属在辽沈地区的开发，使辽沈真正集镁金属的开采、冶炼、加工于一体，产生不可估量的社会和经济效益。
学术论文摘要
- 采用化学转化与微弧氧化相结合的新方法在AZ91D镁合金表面制备了深色复合陶瓷膜，利用L16(45)正交试验优化出化学转化处理液最佳工艺条件。采用SEM和XRD检测陶瓷膜的表面形貌、成分、结构，电化学测试和浸泡实验检测其耐蚀性。结果表明：通过化学转化预处理的方法将Zn元素引入到微弧氧化陶瓷膜中，复合陶瓷膜主要成分为ZnO、ZnO2和Mg3(PO4)2，表面光滑、致密、颜色均匀。72小时盐水浸泡实验和电化学测试分析表明陶瓷膜的耐蚀性得到明显提高。通过添加甘油可以使微弧氧化反应更加稳定，使陶瓷膜层放电孔径变小，进一步增加了膜层的致密性和提高膜层的抗腐蚀能力。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- 1.张荣发, 单大勇, 陈荣石, 等. 微弧氧化在提高镁合金耐蚀性上的应用[J]. 材料工程, 2007, 6 2.王卫锋，蒋百灵，时惠英. 镁合金微弧氧化深色陶瓷膜制备及耐蚀性研究[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2007, 27(1) 3.刘耀辉, 李颂. 微弧氧化研究进展[J].兵器材料科学与工程, 2010, 5 4.Fei Chen, Hai Zhou, Bin Yao, Zhen Qin, Qingfeng Zhang.Corrosion resistance property of the ceramic coating obtained through microarc oxidation on the AZ31 magnesium alloy surfaces Original Research Article.Surface and Coatings Technology, 2007,201(9-11):4905-4908
同类课题研究水平概述
- 近10年来，镁及镁合金的研究、开发和应用在国内外都得到了广泛关注，在各种材料发展趋势放缓的情况下，镁和镁合金材料仍以每年15%以上的速度增长。 微等离子体又称微弧氧化或阳极火花沉积，是一种在金属表面原位生长陶瓷膜的新技术，它采用较高的工作电压，将工作区域引入高压放电，是对现有阳极氧化理论的突破。微弧氧化着色技术突破了目前在镁合金表面着色方法中存在的许多问题，主要表现在镁合金微弧氧化着色膜具有很好的硬度和耐磨性，同时又保证了陶瓷膜的可加工性，而且还具有颜色均匀、色彩多样性等特点。 目前，在世界范围内，各种电源模式同时并存，各研究单位也各具特色，他们在微弧氧化的机理、过程、参数控制及微弧氧化膜的结构、性能、应用等方面都做了大量的研究和探讨。 微弧氧化技术在镁合金表面形成的膜颜色较单一，多为白色陶瓷膜，色彩的单一，微弧氧化陶瓷层表面存在着大量的微孔。微弧氧化膜层的生长必然伴随着表面微孔的生成，它既是进一步氧化的通道，同时也是抵消镁氧化后体积收缩的结果，微孔的存在不仅影响其表面的光泽度和粗糙度，而且是膜层腐蚀的主要途径。减少微弧氧化膜的放电孔径和孔洞数量，能够有效地提高氧化膜的耐腐蚀性能。解决的最有效地途径就是在电解液中加入添加，达到这一目的，但加入添加剂后电解液的稳定性能下降，使用寿命降低。 本论文采用一种新的方法——化学转化-微弧氧化法制备陶瓷膜层，将添加的元素以化学转化膜的形式引入镁合金表面，可以解决在电解液中添加所遇到的一系列问题，减少微弧氧化膜的放电孔径和孔洞数量，陶瓷层均匀致密，同时可以赋予镁合金表面一定的颜色，增加了镁合金的表面装饰性，满足消费者对表面色彩多样性的要求。同时氧化膜的耐腐蚀性能也得到了提高。
