溶胶类和硬脂酸添加剂对镁合金阳极氧化膜防护性的影响及机理研究
在镁合金表面制备阳极氧化膜层是现阶段常用的提升镁合金耐蚀性的一种方法，但是这种膜层在苛刻的腐蚀环境中仍然不能满足使用需求。为进一步提升镁合金阳极氧化膜耐蚀性，本文以AZ91D镁合金为研究对象，通过在NaOH-Na2SiO3基础氧化液中加入溶胶类和硬脂酸添加剂，系统研究了不同类型的添加剂对镁合金阳极氧化膜性能以及阳极氧化过程的影响，并探索了镁合金阳极氧化膜的硬脂酸封孔方法。主要研究结果如下: (1)溶胶类添加剂不仅能够提升成膜电压，增加膜层厚度，降低表面孔隙率和孔径尺寸，增加膜层致密度，改变膜层中各成分占比，而且能够提升氧化膜层自腐蚀电压，将自腐蚀电流密度降低两个数量级。实验结果表明硅溶胶最佳添加量为体积分数2％，钛溶胶最佳添加量为体积分数1％，锆溶胶添加量为体积分数1％。 (2)溶胶类添加剂能够通过吸附作用影响氧化膜的形成:使镁合金基体上的凝聚层厚度增加，电阻升高，成膜电压升高;阻碍氧化膜的溶解，降低氧化膜的溶解速度，有利于氧化膜的成膜;阻碍其他阴离子的吸附，从而导致晶核数量减少，使膜层更加致密。同时溶胶成分能降低溶液电导率，增加溶液电阻，导致输出端电源电压增高，从而增加氧化膜层的厚度。硅溶胶还能够直接参与成膜反应，提升膜层中硅酸镁含量。 (3)硬脂酸作为添加剂，能够使氧化膜表面孔隙率降低，孔洞直径减小，孔洞数量下降;在增加膜层厚度的同时，也使膜层内部，膜层与基体的连接部位缺陷减少，膜层更加致密。使自腐蚀电流密度下降两个数量级，自腐蚀电压提升0.21V左右。硬脂酸最佳添加量为2g/L。 (4)提出了硬脂酸在阳极氧化过程中与基体反应的过程机制:硬脂酸的加入使氧化膜成膜电压升高，膜厚度增大，火花放电效应增强，增大了熔融物流动性，从而导致孔隙率降低和孔径减小;通过表面活性剂作用，促进O2从表面释放析出，细化了膜层孔洞，有利于耐蚀性提升;硬脂酸分子上的碳链在反应时发生断裂，断裂后的产物与Mg2+结合。所得产物在电火花造成的通路内以及膜层表面堆积，一定程度上改变了膜层成分，形成更加致密的氧化膜层。 (5)采用硬脂酸封孔工艺对阳极氧化膜进行封孔，得到的最佳封孔工艺为:硬脂酸含量100％溶液，封孔温度90℃-100℃，封孔时30min，封孔之后氧化膜表面得到一层光滑，致密，平整的封孔膜，该膜层主要成分为硬脂酸;封孔之后的氧化膜自腐蚀电流密度比未封孔降低了大约60％，在3.5％NaCl溶液中浸泡时长达到380h，相较于处理前的膜层延长了160h左右，耐蚀性能明显提高。
镁合金;阳极氧化膜层;耐蚀性;溶胶类添加剂;硬脂酸添加剂
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
左禹
2019
中文
TG174.44
2019-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）