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镁基材料微弧氧化涂层的组织性能与生长行为研究

作　者: 王艳秋
导　师: 吴昆
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: 镁基材料微弧氧化涂层耐蚀性机械性能第二相涂层生长
分类号: TG174.45
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文以提高镁基材料的耐腐蚀性能为主要目的,采用微弧氧化表面处理技术在AZ91合金、Al18B4O33w/AZ91复合材料、SiCw/AZ91复合材料表面制备涂层。利用SEM、XRD、XPS等方法观测微弧氧化涂层的微观组织结构;通过电化学试验和浸泡腐蚀试验评价微弧氧化涂层的耐腐蚀性能及腐蚀行为;对微弧氧化涂层的弹性模量、硬度、摩擦学行为进行分析测试,并通过拉伸试验考察微弧氧化处理对镁基材料力学性能的影响规律。研究微弧氧化涂层的形成与生长过程,揭示不同类型的第二相对镁合金和镁基复合材料微弧氧化行为的影响机制。对微弧氧化涂层的组织结构观测表明:电参数通过改变施加在基底材料上的能量密度来影响涂层的生长速度和组织结构;不同的镁基材料呈现出不同的微弧氧化行为和不同的涂层组织结构。Al18B4O33w/AZ91复合材料具有与AZ91合金相似的电压演变趋势和相近的起弧时间,而SiCw/AZ91复合材料的电压演变趋势不理想,起弧时间偏长,涂层相对粗糙。镁基材料的微弧氧化涂层均以晶态的MgO相为主要组成相,但是电解液成分和基底材料成分都会影响涂层的相组成。微弧氧化处理能够大幅度提高镁基材料的耐腐蚀性能,调整电参数和电解液成分改变涂层的厚度和组织结构,进而影响涂层的耐腐蚀性能。在电化学加速腐蚀和浸泡腐蚀条件下,AZ91合金、Al18B4O33w/AZ91复合材料和SiCw/AZ91复合材料的微弧氧化涂层分别表现出不同的腐蚀行为。微弧氧化涂层的弹性模量和硬度均远大于对应镁基材料的弹性模量和硬度。微弧氧化处理显著提高了镁基材料的耐磨性,微弧氧化涂层在与GCr15钢球对磨的过程中发生磨粒磨损和粘着磨损,但AZ91合金、Al18B4O33w/AZ91复合材料和SiCw/AZ91复合材料的微弧氧化涂层由于具有不同的微观组织结构特征而表现出不同的磨损机制。合理选择电参数可以使微弧氧化处理在满足表面防护要求的同时尽可能避免或减小对镁基材料机械性能的破坏。通过对比分析各种镁基材料的微弧氧化行为发现,不同性质的析出相或增强相对镁合金和镁基复合材料微弧氧化涂层形成过程的影响机制不同。AZ91合金中的Mg17Al12相与Mg-Si合金中的Mg2Si相本身能够形成阻挡层,因而不会抑制微弧氧化涂层的生长;电绝缘性能良好的Al18B4O33晶须不会阻碍Al18B4O33w/AZ91复合材料微弧氧化涂层的生长;SiC晶须却由于具有一定的导电性而破坏了阻挡层的完整性,延缓了SiCw/AZ91复合材料微弧氧化涂层的生长,SiC晶须在微弧氧化过程中发生氧化;导电性能良好的碳纤维严重阻碍微弧氧化涂层在镁基复合材料上的形成。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-14
第1章绪论  14-31
  1.1 课题背景及研究目的  14-16
  1.2 镁基材料的腐蚀特性及腐蚀行为  16-19
    1.2.1 镁的电化学特性  16-17
    1.2.2 合金化元素对镁合金腐蚀性能的影响  17-18
    1.2.3 增强相对镁基复合材料腐蚀行为的影响  18-19
  1.3 提高镁基材料耐腐蚀性能的途径  19-24
    1.3.1 提高镁合金耐腐蚀性能的途径  19-23
    1.3.2 改善镁基复合材料耐腐蚀性能的途径  23-24
  1.4 微弧氧化技术研究现状  24-29
    1.4.1 微弧氧化技术概述  24
    1.4.2 合金微弧氧化的研究现状  24-26
    1.4.3 金属基复合材料微弧氧化的研究现状  26
    1.4.4 微弧氧化的影响因素  26-29
  1.5 主要研究内容  29-31
第2章试验材料与研究方法  31-38
  2.1 试验材料  31-32
    2.1.1 试验用主要原材料  31
    2.1.2 试验用其它原材料  31-32
    2.1.3 材料的热处理  32
  2.2 微弧氧化处理的工艺设计  32-34
  2.3 微弧氧化涂层的组织结构观测与成分分析  34-35
    2.3.1 涂层厚度测量  34
    2.3.2 涂层表面形貌及截面组织观察  34-35
    2.3.3 涂层表面成分、化学结构及相组成分析  35
  2.4 微弧氧化涂层耐腐蚀性能的评价  35-36
    2.4.1 浸泡试验测量腐蚀失重  35
    2.4.2 电化学试验  35-36
  2.5 微弧氧化涂层的机械性能测试  36-38
    2.5.1 涂层弹性模量和硬度的测量  36
    2.5.2 涂层的摩擦磨损行为测试  36
    2.5.3 微弧氧化处理后材料的拉伸试验  36-38
第3章微弧氧化涂层的制备及微观组织结构  38-62
  3.1 电参数对涂层组织结构的影响  38-47
    3.1.1 脉冲电压的影响  38-40
    3.1.2 脉冲频率和占空比的影响  40-41
    3.1.3 电流密度的影响  41-43
    3.1.4 电参数对涂层组织形貌的影响规律讨论  43-44
    3.1.5 涂层的化学成分及相组成分析  44-47
  3.2 电解液对涂层组织结构的影响  47-50
  3.3 不同镁基材料微弧氧化涂层组织结构的区别  50-60
    3.3.1 不同基底材料的微弧氧化行为  50-53
    3.3.2 不同基底材料涂层宏观与微观形貌的区别  53-58
    3.3.3 不同基底材料涂层相组成的区别  58-60
  3.4 本章小结  60-62
第4章微弧氧化涂层的耐腐蚀性能  62-79
  4.1 引言  62-64
  4.2 工艺参数对涂层耐腐蚀性能的影响  64-68
  4.3 不同镁基材料涂层耐腐蚀性能的区别  68-70
  4.4 微弧氧化涂层的腐蚀行为  70-77
    4.4.1 电化学加速腐蚀条件下涂层的腐蚀破坏  70-74
    4.4.2 浸泡腐蚀条件下涂层的腐蚀破坏  74-77
  4.5 本章小结  77-79
第5章微弧氧化涂层的机械性能  79-100
  5.1 微弧氧化涂层的弹性模量及硬度  79-83
  5.2 微弧氧化涂层的摩擦学行为  83-92
    5.2.1 AZ91 合金微弧氧化涂层的摩擦行为  83-86
    5.2.2 Al_(18)B_4O_(33w)/AZ91 复合材料微弧氧化涂层的摩擦行为  86-89
    5.2.3 SiC_w/AZ91 复合材料微弧氧化涂层的摩擦行为  89-92
  5.3 微弧氧化处理对镁基材料拉伸性能的影响  92-99
  5.4 本章小结  99-100
第6章第二相对微弧氧化涂层形成过程的影响机制  100-133
  6.1 纯镁微弧氧化涂层的特征  100-102
  6.2 镁合金微弧氧化涂层的形成过程  102-112
    6.2.1 AZ91 合金涂层的形成过程  102-109
    6.2.2 Mg-Si 合金涂层的形成过程  109-112
  6.3 镁基复合材料微弧氧化涂层的形成过程  112-127
    6.3.1 Al_(18)B_4O_(33w)/AZ91 复合材料涂层的形成过程  112-119
    6.3.2 SiC_w/AZ91 复合材料涂层的形成过程  119-124
    6.3.3 含碳纤维的镁基复合材料的微弧氧化行为  124-127
  6.4 第二相对微弧氧化涂层形成过程的影响机制讨论  127-131
  6.5 本章小结  131-133
结论  133-135
参考文献  135-145
攻读博士学位期间发表的学术论文  145
发表的其它论文  145-147
致谢  147-148
个人简历  148

镁基材料微弧氧化涂层的组织性能与生长行为研究

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