镁合金微弧氧化硅酸盐系电解液衰变过程和失效机理研究

【摘要】镁合金的耐磨耐蚀性能较差,通过微弧氧化技术可以在镁合金表面生成一层陶瓷膜,大大增强了镁合金耐磨耐蚀性能,然而微弧氧化技术所需要的电解液随处理镁合金工件数目的不断增多而衰变,生成的陶瓷膜层缺陷不断增多,严重影响了陶瓷膜的制备,电解液的失效也造成工艺成本的提高,这对微弧氧化技术的广泛应用提出挑战。本文首先研究了微弧氧化电解液衰变过程中膜层的变化规律,发现膜层出现宏观缺陷前,膜层的组织和性能变化不明显,膜厚缓慢增厚,致密度降低,膜层开始出现微观缺陷,膜层耐蚀性缓慢下降,膜层物相为MgO、MgF2、Mg2SiO4、Mg2A104,膜层出现宏观缺陷后,膜层的膜厚、致密度、耐蚀性均急剧降低,膜层表面的宏观缺陷的物相除了原物相MgO、MgF2、Mg2SiO4、Mg2AlO4外还有新物相Al2O3xKAISiO4、K1.5Al11O17.5其次,研究了微弧氧化电解液的衰变过程,发现随电解液中处理的镁合金工件数目的增多,电解液的起弧电压不断升高,另外电解液中原有的硅酸根的浓度显著下降、氢氧根的浓度明显上升、而氟离子浓度变化微小。从镁合金基体中不断迁移到电解液中的镁和铝大部分与电解液中的硅酸根、氢氧根、氟离子形成大量沉淀物和胶体,以游离态形式存在的镁铝较少。其中沉淀物以硅酸镁为主,胶体以氢氧化铝胶体、硅铝胶体以及氢氧化铝胶体和硅铝胶体吸附其它离子形成的分子尺寸较大的胶团为主。另外电解液中电导率、盐度、TDS上升说明电解液中不断分解产生其它新离子,离子强度的降低说明电解液中微弧氧化所需要的物质的不断消耗。最后,探讨了微弧氧化电解液失效机理。电解液中分子尺寸较大的胶团吸附在试样表面,阻碍了电解液中离子的迁移通道,另外大量沉淀物的生成对电解液中微弧氧化所需物质的消耗以及电解液的分解对电解液中微弧氧化所需物质的破坏,使得电解液提供微弧氧化所需物质的能力严重降弱,同时微弧氧化较高电压产生的能量又必须的运用,这种情况下会造成电弧在电场强度较大的区域偏聚并发生微弧氧化反,造成试样表面烧蚀产生缺陷。当膜层烧蚀后,电解液急剧升高的温度会激发电解液的各个离子的反应活性,加剧了电解液发生副反应,最终导致电解液失效。
【作者】杨新龙；
【导师】马颖；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2012，硕士
【关键词】AZ91D镁合金；微弧氧化；硅酸盐系；电解液的衰变过程；电解液的失效机理；

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