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Mg_2B_2O_5w/AZ91D镁基复合材料及其阳极氧化膜的耐蚀性研究

作　者: 严兴菊
导　师: 陈善华
学　校: 成都理工大学
专　业: 金属矿产与金属材料
关键词: Mg2B2O5晶须镁基复合材料耐蚀性阳极氧化氧化膜
分类号: TB331
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

金属镁及其合金是最轻且已实用的金属结构材料,具有高的比强度、比刚度和减震性,而且易于回收,在汽车、3C、航空等领域得到广泛的应用。然而迄今为止,作为结构材料的镁合金,其应用与现实之间存在巨大的差距。其主要原因就是:镁合金的耐蚀性、机械性能、及高温蠕变性能较差。晶须具有密度低、强度高、模量大、耐磨性好、抗腐蚀等优异的性能,其增强的复合材料具有较好的机械性能、物理和化学性能。Mg₂B₂O₅晶须作为一种非常便宜且性能较佳的新型无机晶须增强材料,其增强的镁基复合材料具有较好的机械性能、物理和化学性能,但是到目前为止,研究较多的是关于Mg₂B₂O₅晶须增强金属基复合材料的制备工艺、组织结构特征及其增强机理,然而有关其耐腐蚀性能的研究尚未报到。因此,研究Mg₂B₂O₅w增强镁基复合材料及其阳极氧化膜的耐蚀性,这对镁基复合材料的广泛应用具有重大意义。本文以Mg₂B₂O₅w（wt.30 %）增强的AZ91D镁基复合材料为研究对象,采用失重法,极化方法和扫描电镜等方法,首先对镁基复合材料进行了耐蚀性实验,主要研究了影响Mg₂B₂O₅w/AZ91D镁基复合材料耐蚀性的主要因素,并对其进行阳极氧化处理,研究了不同阳极氧化工艺条件对氧化膜耐蚀性的影响。研究结果表明:（1）相组织中第二相(β- Mg₁₇Al₁₂)的数量、分布对镁基复合材料耐蚀性有很大的影响。镁基复合材料的耐蚀性随β相的变化呈下降趋势:β相呈不连续的均匀分布且数量较多、β相较少以及β相增多聚集呈不连续的块状分布。（2）晶须的引入降低了镁基复合材料的耐蚀性。通过比较AZ91D镁合金与镁基复合材料两种材料的腐蚀速度-时间关系曲线发现,镁基复合材料的腐蚀速度一直大于AZ91D镁合金的腐蚀速度;利用SEM对腐蚀后试样的表面形貌观察发现,AZ91D镁合金表面出现较均匀的腐蚀,复合材料出现局部腐蚀,并且晶须周围的腐蚀相对基体较严重。（3） Cl^-对镁基复合材料的Mg（OH）₂氧化膜起破坏作用。镁基复合材料的腐蚀速度随NaCl溶液浓度的增加而增大;在不同浓度的NaCl溶液中,随时间的延长,复合材料的平均腐蚀速度呈现出不同的变化趋势:当NaCl溶液浓度为3 %时,随着腐蚀时间的延长,复合材料的平均腐蚀速度呈现出较平稳的上升趋势;当NaCl溶液浓度为15 %时,随时间的延长,复合材料的腐蚀速度出现V型变化,并且出现了负差数效应现象。利用SEM对腐蚀后试样的表面形貌观察发现,镁基复合材料的腐蚀是以点蚀开始的,并且基体表面出现呈团聚状的晶须。（4）通过阳极氧化处理后的镁基复合材料的耐蚀性提高。其中,阳极氧化膜的耐蚀性能在一定的电压范围内随电压的升高而提高;电解液成分中K2SiO3的加入使氧化膜中含有MgSiO₃,且氧化膜的耐蚀性也提高,但是它的加入又会减慢阳极氧化成膜的速度,所以阳极氧化时应严格控制K₂SiO₃的浓度在一定的范围之内;KF浓度的提高在阳极氧化过程中增加了镁基复合材料成膜的速度。最后得到当阳极氧化工艺参数为U = 80 V,电解液成分及浓度为8 g/L KOH + 8 g/L KF + 12 g/L K₂SiO₃,时间t = 30 min,温度T = 10℃时,阳极氧化膜均匀、致密、与基体的结合力分数为98,并且耐蚀性也最好。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-26
  1.1 引言  11
  1.2 镁合金及其应用  11-13
    1.2.1 镁合金的分类  11-12
    1.2.2 镁合金的应用  12-13
  1.3 镁基复合材料及其发展概况  13-17
    1.3.1 镁基复合材料的增强相  14-15
    1.3.2 镁基复合材料的主要制备方法  15-17
    1.3.3 镁基复合材料的应用  17
  1.4 镁合金及其复合材料的耐蚀性研究现状  17-22
    1.4.1 镁合金的腐蚀特点  17-19
    1.4.2 影响镁合金耐腐蚀性能的因素  19-22
  1.5 增强镁合金及其复合材料耐蚀性的方法  22-24
    1.5.1 化学转化膜处理  22
    1.5.2 阳极氧化处理  22-24
    1.5.3 等离子微弧氧化  24
    1.5.4 金属涂层处理  24
    1.5.5 有机物涂层及其它处理方法  24
  1.6 研究目的和意义  24-25
  1.7 研究内容  25-26
第2章实验  26-33
  2.1 实验材料  26
  2.2 实验设备与仪器  26-28
  2.3 试样制备  28-30
    2.3.1 镁基复合材料耐蚀性试样的制备  28-29
    2.3.2 阳极氧化膜试样的制备  29-30
  2.4 实验方法  30-33
    2.4.1 镁基复合材料耐蚀性的测评方法  30-31
    2.4.2 阳极氧化膜耐蚀性测评方法  31-33
第3章 Mg_2B_2O_5w/AZ91D 镁基复合材料耐蚀性研究  33-44
  3.1 合金中相组织及其分布对镁基复合材料耐蚀性的影响  33-36
  3.2 Mg_2B_2O_5 晶须的引入对镁基复合材料耐蚀性的影响  36-38
  3.3 含 Cl~- 溶液对镁基复合材料耐蚀性的影响  38-42
  3.4 本章小结  42-44
第4章 Mg_2B_2O_5w/AZ91D 镁基复合材料阳极氧化膜的耐蚀性研究  44-51
  4.1 阳极氧化电压阳极氧化膜耐蚀性的影响  44-45
  4.2 电解液成分对阳极氧化膜耐蚀性的影响  45-50
    4.2.1 KF 在成膜过程中所起的作用  45-46
    4.2.2 K_2SiO_3 对阳极氧化膜耐蚀性的影响  46-50
  4.4 本章小结  50-51
结论  51-52
致谢  52-53
参考文献  53-57
攻读学位期间取得学术成果  57

Mg_2B_2O_5w/AZ91D镁基复合材料及其阳极氧化膜的耐蚀性研究

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