镁合金微弧氧化膜的相结构研究
镁合金微弧氧化加工
镁合金微弧氧化加工摘要：镁合金具有轻质、高强度和优良的导热性能等优点，因而被广泛应用于飞机、汽车、电子设备等领域。
然而，镁合金的表面腐蚀和磨损性能相对较差，限制了其在一些特殊环境下的应用。
为了改善镁合金的表面性能，微弧氧化被提出并逐渐被应用于镁合金的加工过程。
本文将重点探讨镁合金微弧氧化的加工过程、工艺参数以及其对镁合金表面性能的影响。
第一章：引言1.1 研究背景镁合金由于其良好的力学性能和轻质特性，广泛应用于航空、汽车、电子设备等领域。
然而，镁合金的表面腐蚀和磨损性能较差，制约了其在一些特殊环境下的应用。
因此，寻找一种有效的表面改性方法，提高镁合金的表面性能就显得尤为重要。
1.2 微弧氧化工艺简介微弧氧化是一种表面改性技术，通过电解沉积在金属表面上形成氧化膜，同时与金属基体形成复合结构，以提高材料的表面性能。
它在金属表面上形成了一种致密、硬度较高的氧化膜，从而提高了金属的耐腐蚀性、耐磨性以及附着力。
第二章：镁合金微弧氧化加工过程2.1 微弧氧化装置微弧氧化装置主要由电源、工件夹持装置、氧化槽和电解液组成。
其中，电源提供电压和电流，工件夹持装置用于固定工件，氧化槽和电解液则用于形成氧化膜。
2.2 微弧氧化工艺参数微弧氧化的工艺参数对氧化膜的生长速率、厚度以及性能具有重要影响。
主要的工艺参数包括电压、电流密度、电解液的成分和浓度等。
通过调整这些参数，可以获得不同性能的氧化膜。
2.3 加工过程镁合金微弧氧化的加工过程主要包括：清洗和除油、预处理、氧化处理和涂层处理等步骤。
首先，对镁合金表面进行清洗和除油，以确保清洁的表面。
然后，通过预处理，提高表面的粗糙度以增加氧化膜的附着力。
接下来，进行氧化处理，在微弧氧化装置中形成氧化膜。
最后，根据需要进行涂层处理，以进一步提高表面的性能。
第三章：镁合金微弧氧化对表面性能的影响3.1 耐腐蚀性微弧氧化可以在镁合金表面形成一种致密的氧化膜，提高镁合金的耐腐蚀性能。
AZ91D镁合金微弧氧化新工艺的研究的开题报告
AZ91D镁合金微弧氧化新工艺的研究的开题报告一、选题背景AZ91D镁合金具有密度低、强度高、刚性好、抗腐蚀性能优良等优点，被广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
然而，由于其表面活性较强，易受腐蚀和氧化等影响，从而导致其使用时遇到很多困难。
为了改善AZ91D镁合金表面的性能，提高其耐蚀性和耐磨性，许多研究者在其表面进行了各种涂层处理。
而微弧氧化是一种新兴的表面处理方法，已经在材料科学领域得到广泛的应用。
该方法通过在材料表面形成一种氧化层，在保持原材料性质的同时，进一步提高了其表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。
因此，研究AZ91D镁合金微弧氧化新工艺有着重要的意义。
二、研究目的本研究旨在探讨AZ91D镁合金微弧氧化的新工艺，结合数学模型和实验验证，分析该工艺对AZ91D镁合金表面性能的影响，为提高其耐磨性和耐腐蚀性能提供新的方式和思路。
具体研究目标如下：1.建立AZ91D镁合金微弧氧化的数学模型，分析微弧氧化过程中材料表面氧化层的形成和演化过程。
2.探究微弧氧化工艺参数对AZ91D镁合金氧化层微观结构、组分和物理性质的影响，分析不同工艺参数下氧化层的特点和优缺点。
3.通过实验验证，分析微弧氧化处理AZ91D镁合金表面前后的性能变化情况，包括硬度、耐蚀性和耐磨性等指标，并考察微弧氧化工艺对其表面摩擦学性能的影响。
三、研究内容1.搜集研究资料，了解AZ91D镁合金微弧氧化的研究现状和发展动态。
2.建立AZ91D镁合金微弧氧化的数学模型，分析微弧氧化过程中材料表面氧化层的形成和演化过程。
3.对不同工艺参数下的微弧氧化进行实验研究，分析氧化层的组成、结构和物理性质变化规律，探究微弧氧化工艺参数对氧化层的影响。
4.测量微弧氧化处理前后AZ91D镁合金的硬度、耐蚀性和耐磨性等性能指标，并进行对比分析，考察微弧氧化对其表面性能的影响。
5.通过表面形貌观察、扫描电镜观测等方法，分析微弧氧化工艺对AZ91D镁合金表面摩擦学性能的影响规律。
NH4F_浓度对镁合金表面微弧氧化制备氟化物膜层结构和性能的影响
表面技术第52卷第6期NH4F浓度对镁合金表面微弧氧化制备氟化物膜层结构和性能的影响罗兰1,2，彭振军3，周健松1,2，梁军3,4（1.中国科学院兰州化学物理研究所 中国科学院材料磨损与防护重点实验室，兰州730000；2.中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049；3.中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室，兰州 730000；4.东莞理工学院 材料科学与工程学院，广东 东莞 523808）摘要：目的考察乙二醇-氟化铵电解液中氟化铵浓度对镁合金表面微弧氧化制备氟化物膜层结构和性能的影响，提高镁合金氟化物膜层的耐腐蚀性能。
方法在含不同浓度NH4F的EG-NH4F电解液中，采用微弧氧化的方法制备氟化物膜层，NH4F质量浓度分别为40、60、80、100、120 g/L。
通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线能量色散谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD），对膜层表面微观形貌和成分组成进行分析，并通过电化学测试表征了膜层的腐蚀防护性能，通过盐雾试验评估了膜层长效防腐蚀行为，通过SEM和EDS表征了腐蚀形貌和腐蚀产物。
结果在EG-NH4F中制备膜层的物相组成主要是MgF2。
随着NH4F浓度的提高，微弧氧化的起弧电压与工作电压均逐渐减小，膜层中氟含量逐渐增加，膜层的孔径减小，孔数量分布更加均匀，膜层表面粗糙度降低。
质量浓度为100 g/L NH4F的膜层自腐蚀电流密度（J corr）为2.226×10‒7 A/cm2，较镁合金基材降低了1个数量级，极化电阻R p增大到90.156 kΩ·cm2，其阻抗模量|Z|f=0.01 Hz=8.55×105 Ω·cm2，与镁合金基材的阻抗模量|Z|f=0.01 Hz=8.86×102 Ω·cm2相比，提高了3个数量级。
结论微弧氧化处理能够显著改善AZ31镁合金的腐蚀防护性能。
NH4F浓度的增加有利于提高膜层的耐腐蚀性能，质量浓度为100 g/L NH4F的膜层耐腐蚀性能最优。
镁合金微弧氧化过程中局部烧蚀现象的研究
3 形成机理分析
目前有关烧蚀机理的解释是由于微弧氧化过程中局部电流 密度过大造成陶瓷膜层局部熔解和脱落 ,同时可能发生膜下金 属的部分或全部熔解 [527 ] 。发生局部烧蚀现象的大弧温度远低 于正常起弧的火花 ,正常起弧火花的温度高于 8000K,高温再加 上高压会瞬间烧结镁合金表面膜层 ,造成表面膜层的物相转变 , 形成陶瓷状的氧化镁 ,这种陶瓷氧化镁具有很高的阻值和稳定 性 ,一旦形成陶瓷氧化镁后火花就会熄灭 ,在其它的薄弱区域又 会形成新的火花 。但是局部起大弧区域由于其温度不高 ,不能 烧结镁合金表面形成陶瓷状氧化镁 ;但其温度高于镁合金的燃 点 ,会将镁合金基体烧蚀形成疏松的氢氧化镁和非晶态的氧化 镁 ,同时产生大量的气体和水蒸气 。
第 37卷 第 1期 2008年 2月 表面技术
Vol. 37 No. 1 Feb. 2008 SURFACE TECHNOLO GY
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镁合金微弧氧化过程中局部烧蚀现象的研究
陈海涛 1, 2 ,马跃洲 1, 2 ,张昌青 1, 2 ,马凤杰 1, 2 (1. 兰州理工大学材料科学与工程学院 ,甘肃 兰州 730050; 2. 甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室 ,甘肃 兰州 730050)
[关键词 ] 镁合金 ;微弧氧化 ;局部烧蚀 ;生长机理 ;陶瓷层 [中图分类号 ] TG174 [文献标识码 ]A [文章编号 ]1001 - 3660 (2008) 01 - 0021 - 04
Research on Partia l Abla tion of M agnesium A lloy
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镁合金微弧氧化与钝化
镁合金微弧氧化与钝化1.引言1.1 概述概述部分主要介绍镁合金微弧氧化与钝化的背景和意义。
镁合金由于其良好的机械性能、低密度和优异的导热性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电器电子等领域。
然而，镁合金的表面容易受到环境的侵蚀和磨损，导致其耐腐蚀性能较差。
针对这一问题，镁合金微弧氧化和钝化成为了改善镁合金表面性能的重要手段。
微弧氧化是一种以电化学反应为基础的表面处理技术，通过在电解液中施加电压，使得镁合金表面在微弧氧化处理下形成陶瓷层。
这一陶瓷层具有较高的硬度、致密性和耐腐蚀性，能够显著改善镁合金的表面性能。
相较于微弧氧化，钝化是一种采用化学方法处理镁合金表面的技术。
钝化处理可以在镁合金表面形成一层致密的氧化膜，有效隔断了镁合金与外界环境的接触，从而提高了其耐腐蚀性能。
本文将对镁合金微弧氧化与钝化的原理、过程、特点、应用及其优势进行深入探讨，以期为进一步改善镁合金表面性能、推动其在各个行业的应用提供科学的理论依据和实践指导。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要介绍镁合金微弧氧化与钝化的相关内容。
文章结构分为以下几个部分：2.正文：这部分主要讨论镁合金微弧氧化和钝化的原理、过程、特点、应用等内容。
2.1 镁合金微弧氧化：2.1.1 原理与过程：详细介绍镁合金微弧氧化的基本原理和具体过程，包括微弧氧化液的配方和处理参数的选择。
2.1.2 特点与应用：探讨镁合金微弧氧化的特点，如氧化膜的性能和表面形貌，以及其在电子、汽车、航空航天等领域的应用。
2.2 镁合金钝化：2.2.1 钝化方法：介绍常见的镁合金钝化方法，如化学钝化和电化学钝化等，以及各自的工艺流程和条件。
2.2.2 钝化效果与机理：讨论不同钝化方法对镁合金的钝化效果和相应的机理，分析其优缺点及适用范围。
3.结论：3.1 镁合金微弧氧化与钝化的优势：总结镁合金微弧氧化和钝化的优点和特点，如提高镁合金的耐腐蚀性、增加表面硬度等。
3.2 发展前景与应用推广：展望镁合金微弧氧化与钝化技术的发展前景，以及其在各个领域的应用推广情况。
AZ91D镁合金α、β相上微弧氧化膜的生长特点
AZ91D镁合金α、β相上微弧氧化膜的生长特点马颖;王兴平;安凌云;孙乐;董海荣;王占营【摘要】在硅酸盐体系电解液中,在不同电压下对AZ91D镁合金进行微弧氧化处理,研究微弧氧化过程中基体中所含旷Mg和β-Mg17Al12相组成物上微弧氧化膜的生长特点.分析了膜层的微观结构、元素分布及相组成.结果表明:微弧氧化膜形成初期,尽管β相上先于α相生成无击穿微孔的氧化膜,但击穿却首先在α相表面发生,使得有击穿微孔的微弧氧化膜首先在α相表面形成,再逐渐扩展到整个基体表面.基体α、β相上Mg、Al元素摩尔分数的差异,使得所成微弧氧化膜中Mg、Al、O在膜层表面的分布都不均匀,但随着膜层厚度的逐步增大,3种元素的分布逐渐均匀化,而Si、F元素的分布始终比较均匀.因此,基体中不同的相组成物主要影响微弧氧化的初期成膜过程,而对膜层形成后的长大过程影响不大,当工作电压为250V时,获得了表面元素分布较为均匀的膜层.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2018(044)005【总页数】6页(P1-6)【关键词】镁合金;微弧氧化;基体相组成物;膜层生长【作者】马颖;王兴平;安凌云;孙乐;董海荣;王占营【作者单位】兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TG174镁合金具有质量轻、密度小、比刚度和比强度高、良好的阻尼性能和电磁屏蔽性能，以及优良的切削加工性能等优点，是一种颇具发展和应用潜力的超轻结构材料，目前主要应用在汽车、航空航天和电子领域[1-3].然而，由于镁合金的耐磨性、耐蚀性较差[1-3]，严重制约了其应用，必须对其进行适当的表面处理.近年来，新兴起的微弧氧化技术又称等离子电解氧化、电火花阳极氧化以及微等离子氧化，是一种应用于镁、铝、钛等轻金属的表面处理技术[4-6]，该技术有许多优点，如电解液环境友好、较少或不需要前处理，所得膜层具有优良的耐蚀性和耐磨性[7]，特别适用于镁合金的表面处理.近年来，国内外的众多学者纷纷研究电参数[8-12]、电解液成分[13-17]的变化对镁合金微弧氧化膜的生长、结构及性能的影响，同时，基体成分的变化[18-20]对微弧氧化膜的影响也受到了大家的关注.Soliman等[18]通过对比分析AMS4429、AZ31HP-O和MZ系列的镁合金微弧氧化膜的生长差异后发现，合金元素的不同会影响膜层的最终状态和耐蚀性.Husseig等[19]在研究AZ91D、AM60B和AJ62型镁合金微弧氧化膜的生长特点后指出，膜层的表面形貌、厚度、物相种类及耐蚀性在很大程度上取决于基体的合金元素.Cakmak等[20]通过对比研究AZ系列(AZ91D、AZ31B)和AM系列(AM60B、AM50B)的镁合金微弧氧化膜后发现，与AM系列相比，AZ系列的镁合金表面形成的微弧氧化膜更光滑更致密、附着力更好、硬度更高、电化学性能和力学性能更好.由此可见，基体成分的变化对镁合金微弧氧化膜的生长、结构及性能有较大的影响.但同时也发现，这些研究是在不同的镁合金基体上进行的，而对于同一基体中的不同相组成物(如AZ91D镁合金由富镁的α-Mg和富铝的β-Mg17Al12相组成)，由于其成分的差异是否会对微弧氧化膜的生长和最终状态产生影响缺乏探讨.基于此，本研究以AZ91D镁合金为基体，在硅酸盐体系电解液中进行微弧氧化处理，通过研究α、β相组成物表面的微观形貌及成分的变化，分析火花击穿前后膜层的形成过程，研究所成膜层的微观结构及元素分布，探讨2种相组成物对微弧氧化膜的成膜和长大过程的影响.1 试验1.1 材料与试剂所用基体材料为AZ91D镁合金，其元素成分为w(Al)=8.3%～9.7%、w(Zn)=0.35%～1.0%、w(Mn)=0.17%～0.27%、w(Si)≤0.05%、w(Cu)≤0.025%、w(Ni)≤0.001%、w(Fe)≤0.004%，其余为Mg.镁合金锭通过机械加工成方片试样，试样的尺寸为：30 mm×20 mm×10 mm.为了便于在电子显微镜下观察基体中的不同相组成物，在微弧氧化处理前，对试样进行一定的表面预处理，先用150 目的砂纸对试样进行打磨，去除机械加工时表面形成的氧化皮，再依次用400、800、1 500、2 000目的砂纸对试样继续打磨，然后进行抛光处理，再用清水冲洗，最后吹干.试样与直径φ3 mm铝丝的一端相连，连接处用高分子液体密封胶覆盖，铝丝的另一端固定在电源支架上，试样作为阳极，不锈钢片作为阴极.采用硅酸盐体系电解液，电解液的组成为硅酸钠、氟化钾及氢氧化钠，实验过程中不断进行冷却，使其温度保持在20～40 ℃.采用自制的双极性脉冲电源，基于前期实验结果，将不同试样分别在工作电压为100、150、180、250、450 V下恒压处理5 min. 1.2 检测方法基体及膜层表面形貌采用JSM-6700F型扫描电子显微镜(SEM)进行表征.基体及膜层中元素含量及分布使用EPMA-1600型电子探针(EPMA)进行检测分析.膜层物相采用日本理学的D/MAX-2400型X射线衍射仪(XRD)进行检测，其中衍射条件：阳极选用铜靶，电子加速电压40 kV，电流60 mA，入射角3°，在10°～80°扫描，步长、速度分别为0.02°和2(°)/min.2 结果与讨论2.1 基体的相组成物及其成分图1为AZ91D镁合金基体微观形貌及α、β不同相组成物的电子探针成分分析.从图1a基体的微观形貌可以看到，基体由α相、β相组成，β相呈岛状，散布于基底α相上.而从图1b、c 相组成物的成分分析结果可知，2相组成物中均主要含Mg、Al元素，同时含有少量的Zn，但Mg、Al元素的摩尔分数明显不同.2相组成物相比，α相中含有较多的Mg，而β相含有较多的Al.图1 AZ91D镁合金基体微观形貌及α、β不同相组成物的成分Fig.1 Micromorphology of substrate and element compositions of α- and β-phases2.2 微弧氧化过程基体不同相组成物的表面形貌变化图2为不同工作电压下试样的表面微观形貌，从中可以看出，微弧氧化过程中，随着工作电压的提高，试样的表面微观形貌不断变化.工作电压为100、150、180 V时，试样表面仍可观察到明显的β相，而工作电压在250 V后，不能观察到β相.同时，随着工作电压的提高，150 V时，α相局部区域开始出现明显的击穿微孔，180 V时，微孔扩展到整个α相区域，同时微孔略有变大，而250 V时，整个试样表面布满微孔，同时微孔进一步变大，继续升高电压到450 V，微孔明显变大.镁合金微弧氧化过程中，由于击穿过程的影响，所成微弧氧化膜层具有表面布满击穿微孔的典型特征，因此可以根据击穿微孔的情形来判断微弧氧化膜层的生长情况.从图2中试样表面击穿微孔的情况可以判断，工作电压为100 V时，试样表面无击穿微孔，表明α、β相均无击穿发生，同时也表明无微弧氧化膜层形成.150 V时，试样α相局部区域开始发生击穿、生成微弧氧化膜，至180 V时，α相全部区域均已生成微弧氧化膜，而β相仍无微弧氧化膜形成.而到250 V时，整个试样表面布满了击穿微孔，表明β相也已生成了微弧氧化膜，整个基体表面均已形成了微弧氧化膜.继续提高工作电压，膜层开始不断长大，微孔的尺寸也不断变大.图2 不同工作电压下试样的表面形貌Fig.2 Surface morphology of specimens treated under different working voltages由此可见，AZ91D镁合金微弧氧化过程中，α、β不同相上微弧氧化的初期成膜有先后，即击穿首先在α相上发生，使得微弧氧化膜首先在α相上先生成，然后才在β相上生成，进而整个基体表面被微弧氧化膜层所覆盖.2.3 微弧氧化过程基体不同相组成物表面的元素变化根据不同工作电压下试样表面微观形貌的分析可知，当工作电压增大到250 V时(如图2 d所示)，整个基体表面均已生成微弧氧化膜，但α、β不同相上微弧氧化膜的形成过程并不相同.下面进一步分析微弧氧化膜逐步形成过程中2相组成物表面元素种类及摩尔分数的变化，图3为α、β相表面主要元素摩尔分数随工作电压的变化.从图3中可以看出，100 V时，α相表面的主要元素为Mg、Al，与基体成分相同，表明无氧化膜生成，而β相表面不仅含有Mg、Al，还含有一定量的O，表明有氧化膜生成，但由于其表面无击穿微孔(如图2a所示)，表明该氧化膜不是微弧氧化膜；150 V时，α相表面开始出现一定量的O，表明氧化膜也开始生成，且部分区域出现击穿微孔(如图2b所示)，表明击穿开始发生，微弧氧化膜开始生成，并且以氧化物为主；180 V时，α相表面含有O、Si、F等元素，表明α相表面微弧氧化膜所含元素的种类增多，同时也表明电解液中的各物质均已参与了成膜反应，因为根据基体成分及电解液组成可推知，膜层中的Mg、Al来自AZ91D镁合金基体，而F、Si、O来自电解液；250 V时，α、β相表面O、Si、F等元素摩尔分数较180 V时均有所升高，而此时β相表面也已形成微弧氧化膜，表明2相组成物表面所形成的微弧氧化膜所含元素种类相同，同时也表明电解液中参与了成膜反应的各物质的量增多.而随着膜层的进一步生长，450 V 时α、β相表面O、Si元素的摩尔分数均继续增大，而F的摩尔分数均略有减少.图3 微弧氧化膜形成过程中基体α、β相表面元素含量的变化Fig.3 Variation of surface element content on α- and β-phase of micro-arc oxidation coating during its formationα、β 相表面Si、O、F元素随工作电压的变化均表明，与Si、F相比，O出现的工作电压较低且摩尔分数明显较多，说明氧化物最易生成.而F、Si相比较， F出现后其摩尔分数的增加幅度明显大于Si，说明与电解液中的硅酸钠相比，氟化钾中的F离子更易吸附于阳极并与基体中的Mg结合.图4为通过电子探针检测之后得到的微弧氧化膜层表面Mg、Al、F、Si、O等主要元素的分布.从图4a可以看出，工作电压为250 V时，即微弧氧化膜刚完全覆盖整个试样表面时，膜层很薄(如图5a所示)，Si、O元素在膜层表面均匀分布，而Mg、Al、F元素的分布则不均匀，其中Mg、F元素的分布规律基本相同，并且与Al元素的分布规律正好相反.同时，还可以看到，富Al区及贫Mg区的轮廓均与基体中β相的形状十分接近，由此可以推断，膜层中该区域必然对应于原基体的β相，这充分表明基体不同相组成物中Mg、Al元素的差异是造成微弧氧化膜中所含Mg、Al、F元素分布不均的原因.此外，Mg、F元素相同的分布规律则表明电解液中的F易与基体中的Mg结合.而从图4b可以看出，工作电压为450V时，Mg、Al、F元素的分布均存在逐渐均匀化的趋势，特别是从Al元素的分布可以明显地看到这一点，而此时膜层的厚度较工作电压250 V时已明显增大(如图5b所示).这说明在膜层的长大过程中，受击穿过程所产生的大量热量的影响，膜层中分布不均匀的Mg、Al、F等元素逐渐从富集区域向周围扩散，表现出不断均匀化的趋势，从而使得基体不同相组成物对膜层中各元素分布的影响程度逐渐减小. 图4 微弧氧化膜层表面主要元素的分布Fig.4 Key element distribution on surface of MAO coating2.4 微弧氧化膜的截面形貌及膜层物相组成根据不同工作电压下试样表面微观形貌(如图2所示)的分析可知，AZ91D镁合金微弧氧化过程中，当工作电压增大到250 V时，整个试样表面均已生成微弧氧化膜，图5、图6分别是工作电压为250、450 V时微弧氧化膜层的截面形貌及XRD图谱.从图5可以看出，工作电压为250 V时，微弧氧化膜层很薄，仅有几微米，膜层截面中存在少量的孔隙，当电压增大到450 V时，膜层的厚度明显增大，达到20 μm左右，膜层截面中孔隙明显增多.从图6可知，所成微弧氧化膜中主要含有MgO、MgF2、Mg2SiO4、MgAl2O4等物相，且物相组成不随工作电压的升高而变化.微弧氧化过程中，电解液中含F、Si、O等元素的离子，在电场作用及击穿的影响下，不断迁移并与基体中的Mg、Al相结合，使得所形成的微弧氧化膜中含有上述各物相，同时也使得膜层的厚度逐渐增大.图5 微弧氧化膜的截面形貌Fig.5 Cross-sectional morphologies of MAO coating图6 微弧氧化膜的XRD图谱Fig.6 XRD patterns of MAO coating综合上述分析可知，AZ91D镁合金微弧氧化膜生长过程的初期，工作电压较低，表面无击穿微孔的氧化膜首先在β相表面生成，且该氧化膜以氧化物为主.随着工作电压的进一步提高，击穿首先在α相表面发生，使得微弧氧化膜最先在α相表面形成，然后再在β相表面形成.同时，电解液中的各物质逐渐参与成膜反应，α相表面刚形成的微弧氧化膜中以氧化物为主，随后膜层中的元素种类增加，至β相表面也形成微弧氧化膜时，2膜层中所含元素种类相同，主要为Mg、Al、O、Si、F等元素，以MgO、MgF2、Mg2SiO4、MgAl2O4等物相形式存在，且物相组成不随工作电压的继续升高而变化.由此可见，微弧氧化过程中，α、β相组成物主要影响微弧氧化膜的初期成膜过程，而对膜层形成后的长大过程及膜层的最终状态影响较小.3 结论1) AZ91D镁合金微弧氧化膜生长过程中，基体不同的相组成物主要影响微弧氧化膜的初期成膜过程，而对膜层形成后的长大过程及膜层的最终状态影响较小.2) 微弧氧化膜在初期成膜时，表面无击穿微孔的氧化膜先在基体的β相表面生成，且该氧化膜以氧化物为主.但击穿却首先在α相表面局部区域发生，使得有击穿微孔的微弧氧化膜开始形成.随着微弧氧化膜的不断生长，可以发现膜层会逐渐扩展到α相全部区域及β相区域，最后使得整个基体表面均形成微弧氧化膜.3) 所成微弧氧化膜主要含MgO、MgF2、Mg2SiO4、MgAl2O4等物相，且种类基本无变化.基体α、β相上Mg、Al元素摩尔分数的差异，使膜层中的Mg、Al、O元素在膜层表面的分布都不均匀.但随着膜层厚度的增大，此3元素的分布存在逐渐均匀化的趋势，而Si、F元素的分布始终比较均匀.4) 当工作电压达到250 V时，获得了表面元素分布较为均匀的微弧氧化膜层.参考文献：【相关文献】[1] RAPHEAL G,KUMAR S,SCHARNAGL N,et al.Effect of current density on the microstructure and corrosion properties of plasma electrolytic oxidation (PEO) coatingson AM50 Mg alloy produced in an electrolyte 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镁锂合金微弧氧化
镁锂合金微弧氧化
镁锂合金微弧氧化是一种表面处理技术，主要用于对铝、镁、钛等轻金属及其合金的表面进行陶瓷化处理。
这种技术的主要优点包括工艺过程简单、占地面积小、工艺处理能力强、生产效率高，适用于批量工业化生产。
此外，微弧氧化处理后的镁基零件表面陶瓷膜层具有硬度高、耐蚀性强、绝缘性好、膜层与基底金属结合力强等特点，使得镁合金表面的耐磨、耐腐蚀、耐热冲击及绝缘等性能得到极大提高。
在镁锂合金微弧氧化过程中，电源可以分为恒压与恒流两种。
目前的研究主要采用恒流方法进行镁锂合金制备涂层。
对于恒压法在镁锂合金表面制备微弧氧化涂层的工艺、组织结构、耐蚀性能等报道较少。
在微弧氧化过程中，向电解质溶液中添加某些物质，如钨酸盐，可以改善微弧氧化膜的组织和性能。
例如，向电解质溶液中添加0.6g/L的Na2WO4后，微弧氧化膜更为光滑平整、更加致密、孔径更小，并且微弧氧化膜的耐腐蚀性能得到显著提高。
然而，镁锂合金微弧氧化过程中也存在一些挑战。
例如，由于锂的氧化膜相对致密度为0.57，β-Li合金的表面氧化物只能覆盖一半以上，使得β-Li合金在电解质溶液中水解速度快。
此外，由于合金中存在α-Mg和β-Li两相，放电过程会在两相表面交替进行，形成不同的氧化物，导致微弧氧化涂层生长不均匀，可能会产生裂纹，并在这些位置造成弧光烧蚀。
总的来说，镁锂合金微弧氧化是一种有效的表面处理技术，能够显著提高镁合金的耐腐蚀性、耐磨性、耐热冲击性和绝缘性能。
然而，在实际应用中，还需要进一步研究和优化微弧氧化工艺，以解决一些存在的问题，如涂层生长不均匀和裂纹产生等。
镁合金微弧氧化微区电弧放电机理及电源特性的探究
镁合金微弧氧化微区电弧放电机理及电源特性的探究摘要：本文通过实验研究了镁合金微弧氧化中微区电弧放电机理及电源特性的探究。
首先，对微弧氧化的基本原理及其对镁合金微弧氧化的过程进行了介绍。
然后，对微弧氧化的微区电弧放电机理进行了深入研究。
最后，对影响微弧氧化微区电弧放电的电源特性进行了详细分析，并提出了优化控制方案。
实验结果表明，通过优化电源特性和控制参数能够有效提高微弧氧化微区电弧放电的效率和质量。
关键词：镁合金，微弧氧化，微区电弧放电，电源特性，控制参数正文：1.引言镁合金具有轻质、高强度等优异的物理特性，在汽车、飞机、船舶等领域有广泛的应用。
然而，镁合金的表面易被氧化，影响其使用寿命和美观度，因此需要采取特殊的表面处理技术。
微弧氧化是一种常用的表面处理技术，可以形成一层具有耐磨、耐蚀和耐高温性能的氧化膜。
近年来，研究人员对微弧氧化的机理及其对镁合金的微区电弧放电机理进行了深入研究，并提出了一些优化控制方案。
本文旨在探究镁合金微弧氧化中微区电弧放电机理及电源特性，并提出相应的优化控制方案。
2.微弧氧化的基本原理微弧氧化是一种高压荷电粒子在液体电解质中被加速至高速，撞击在阳极表面形成微弧及放电而生成的一种表面处理技术。
微弧氧化所需的条件包括：（1）高压荷电粒子的产生，（2）高速撞击，（3）阳极材料的氧化反应。
在微弧氧化过程中，电极放电是微弧氧化的基本反应。
可分为两个步骤：产生电晕和电晕的放电。
当阳极与电解质接触后，表面的金属电荷释放，使得阳极表面形成了极强的电场，并加速氧化质+和干扰离子在阳极附近形成强电场。
在电极放电过程中，阳极表面被氧气氧化，生成氧化物。
由于氧化物的不良导电性，导致阳极表面电阻增大，电流减小，直至电流消失。
3.微区电弧放电机理微区电弧放电是微弧氧化过程中的重要环节。
在微区电弧放电过程中，电流密度较高，电弧温度较高，电压较低，产生大量的高温、高压和高速离子和中性粒子，从而形成氧化膜。
镁合金 微弧氧化膜 硬度
镁合金微弧氧化膜硬度1. 引言镁合金具有轻质、高强度、抗腐蚀等优点，因此在航空航天、汽车制造、电子设备等领域得到广泛应用。
然而，镁合金表面容易氧化，影响其使用寿命和性能。
为了提高镁合金的表面硬度和耐腐蚀性，微弧氧化膜被广泛研究和应用。
本文将深入探讨镁合金微弧氧化膜的硬度特性及其影响因素。
2. 微弧氧化膜的制备过程微弧氧化是一种在电化学条件下，在镁合金表面形成复杂的氧化膜的技术。
其制备过程包括以下步骤：2.1 前处理镁合金表面需要经过清洗、去油、除铝等处理，以确保表面无杂质和氧化物。
2.2 微弧氧化过程将镁合金作为阳极，放置在电解槽中，通过施加直流电压，在电解液中形成放电等离子体。
放电等离子体在镁合金表面产生高电场强度，使镁合金表面发生电化学反应，并在其表面形成氧化膜。
2.3 后处理制备完微弧氧化膜后，需要进行后处理，如清洗、干燥等，以去除表面残留的电解液和杂质。
3. 微弧氧化膜的硬度特性微弧氧化膜具有很高的硬度，通常可达到600-1200HV。
以下是微弧氧化膜的硬度特性：3.1 多孔结构微弧氧化膜具有多孔结构，孔隙率高达30%-40%。
多孔结构是微弧氧化膜硬度的主要原因之一，孔隙的存在增加了膜层的有效面积，增加了镁合金表面的硬度。
3.2 结晶形态微弧氧化膜的结晶形态对其硬度也有影响。
通常情况下，微弧氧化膜的结晶以无定型相为主，但也有些区域会出现结晶相，这些结晶相的硬度相较无定型相要高。
3.3 氧化物含量微弧氧化膜主要由氧化镁和氧化锆组成，其中氧化镁是主要成分。
氧化物的含量对微弧氧化膜硬度也有一定的影响，通常情况下，氧化物含量越高，膜层硬度越高。
3.4 膜层厚度膜层厚度对微弧氧化膜的硬度也有一定的影响。
通常情况下，膜层厚度越大，硬度越高，但在一定范围内，随着膜层厚度继续增加，硬度会逐渐下降。
4. 影响微弧氧化膜硬度的因素4.1 氧化液配方氧化液的配方是制备微弧氧化膜的关键因素之一。
不同的氧化液配方会影响膜层的结构和硬度。
2017=KH-550对AZ31B镁合金表面微弧氧化膜结构及性能的影响
第37卷第3期2017年6月V ol.37No.3Jun.2017中国腐蚀与防护学报Journal of Chinese Society for Corrosion and ProtectionKH-550对AZ31B镁合金表面微弧氧化膜结构及性能的影响崔学军1,2代鑫1郑冰玉1张颖君1,21四川理工学院材料科学与工程学院自贡6430002四川理工学院材料腐蚀与防护四川省重点实验室自贡643000摘要通过微弧氧化(MAO)的方法在Na2SiO3-KOH-NaF电解质溶液中处理AZ31B镁合金，利用SEM、XRD 和电化学等表征手段，研究了硅烷偶联剂KH550对MAO膜结构及性能的影响。
结果表明，KH-550浓度在0~20mL/L范围内增加时，MAO膜表面微孔尺寸和粗糙度先减小后增大，膜层厚度和耐蚀性能先增加后降低；引入KH-550后并未改变MAO膜的物相结构。
分析认为KH-550通过硅烷醇的吸附和化学作用，增加了阳极表面薄弱区域离子移动的阻力，抑制镁合金在MAO过程的弧光放电，从而提高了膜层的生长效率，细化并均匀化微孔，改善了MAO膜的耐蚀能力。
关键词镁合金涂层阳极氧化硅烷偶联剂抑弧效应中图分类号TG174.4文章编号1005-4537(2017)03-0227-06 Effect of KH-550Content on Structure and Properties of a Micro-arc Oxidation Coating on Mg-alloy AZ31BCUI Xuejun1,2,DAI Xin1,ZHENG Bingyu1,ZHANG Yingjun1,21School of Materials Science and Engineering,Sichuan University of Science and Engineering,Zigong643000,China2Material Corrosion and Protection Key Laboratory of Sichuan Province,Sichuan University of Science andEngineering,Zigong643000,ChinaCorrespondent:CUI Xuejun,E-mail:cxj_2046@Supported by Science and Technology Planning Project of Sichuan Province(2016JZ0032),Students Innovation Training Planning of Sichuan Province(201610622100)and Talent Introduction Fund of SichuanUniversity of Science and Engineering(2017RCL15)Manuscript received2016-01-09,in revised form2016-03-03ABSTRACT Influence of the content of coupling reagent KH-550on the morphology,phase constitu-ent and corrosion resistance in3.5%NaCl solution of micro-arc oxidation(MAO)coatings,prepared on Mg-alloy AZ31B by a constant voltage mode in an electrolyte of Na2SiO3-KOH-NaF,was investigated by scanning electron microscopy,X-ray diffractometer and electrochemical methods.Results showed that the size of micro pores and the roughness of the MAO coatings are increased firstly and then decreased with the increasing amount of KH-550in a concentration range of0~20mL/L,but its thickness and corro-sion resistance show a converse result.However,the phase constituents of the MAO coatings are not changed.The preliminary analysis suggested that KH-550hinders the ionic migration on certain weak ar-eas,where silanol was adsorbed and/or reacted with,and thereby the arc discharge was modulated dur-资助项目四川省科技支撑计划(2016JZ0032)，省级大学生创新创业训练计划(201610622100)和四川理工学院人才引进基金(2017RCL15)收稿日期2016-01-09定稿日期2016-03-03作者简介崔学军，男，1978年生，博士，副教授通讯作者崔学军，E-mail：cxj_2046@，研究方向为金属表面改性与涂层技术DOI10.11902/1005.4537.2016.016中国腐蚀与防护学报37卷ing MAO process.Therefore,KH-550improves the growing efficiency of MAO coating,homogenizes thesize and distribution of micro pores,and enhances the corrosion protection ability of the MAO coating onMg-alloy.KEY WORDS magnesium alloy,coating,plasma electrolytic oxidation,silane coupling agent,restraining sparking微弧氧化(MAO)技术，因其所制备涂层的结构可设计性及性能优势，已成为镁合金腐蚀和磨损防护处理的重要手段之一[1-4]。
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根 据 标 准 Ｈ ５ ６ － ７ ， 用 点 滴 腐 蚀 实 验 测 Ｂ０１ ７ 采
试微 弧 氧化膜 层 的耐蚀 性能 。
员采用 不 同的基体 材 料 和 电解 液成 分 ， 以镁合 金 所
１ 实 验 方 法
１ １ 实验设 备 ． 本 实验 采用 西 安 理工 大 学研 制 的 ＭＡ 一０ Ｏ ２ Ｃ型
微弧氧 化膜层 的成 分 差 别 很大 ， 如表 １所示 。即使 电解液组 分相 同 ， 由于 电源参数 和氧化 时间 的变化 ， 膜 层 中镁 铝尖 晶石 和氧化镁 相 的 比例也 发生很 大变 化， 并影 响着 尖 晶石 相 晶粒 尺寸 发生变 化 ， 终使得 最 膜层 的耐蚀性 能 差异 很 大 。 目前 ， 于这 方 面 的研 关
第２ ８卷 第 ６期
２０ ０ ８年 １ ２月
航
空
材
料
学
报
Ｙｏ． ８，Ｎｏ ６ １２ ． Ｄｅ ｅ ｅ ２０ ８ ｃ ｍｂ ｒ ０
Ｊ ＯＵＲ ＮＡＬ ＯＦ ＡＥ ＮＡＵＴ Ｃ ＲＯ Ｉ ＡＬ ＭＡＴ ＲＩ Ｓ Ｅ ＡＬ
镁合 金 微 弧 氧化 膜 的相 结构 研 究
李 颂 刘 耀 辉 张继 成 宋 丽敏 ， ， ，
收稿 日期 ： ０ ８ １２ ； 订 日期 ： ０ ８ ３１ ２０ － —４ 修 ０ ２ ０ － －８ ０
ｐ ｎ 分 析微 弧 氧化 膜 层 的相 结 构 。Ｘ Ｄ衍 射 仪 选 ａ） Ｒ
基 金 项 目 ： 林 省 科 技 厅 资 助 项 目（ ０ ５５ ６ ； 春 市 科 技 吉 ２０ ００ ） 长
究 开展得 很不 充分 。
微弧氧 化装 置 。该 装置 由高压 脉 冲 电源 、 电解 槽 、 搅
拌 系统 和水冷 系统 等组成 。该 装置 的 电率可 独立 调节 。 脉
１ ２ 实 验 材 料 ．
实验 处 理 的基 体 材 料 为压 铸 Ａ ９ Ｚ １镁 合 金 ， 其
化 学组 成如 表 ２所 示 。试 样尺 寸为 ：０ｍ ×１ ｍ １ ｍ ０ｍ
×８ ｌｏ ０ ｍｉ ｌ
本研 究采 用优 化 的 电解 液 成分 ， 对 不 同工 艺 针 参 数下制 备 的镁 合金 微弧氧 化膜层 的相 组成 进行 了 定 性和定 量 的分析 。对各膜 层 中镁 铝尖 晶石 和氧化
镁 相 的相对含 量进 行 了估 算 ， 而确 定 了膜层 中这 从 两相相 对含 量对提 高耐 蚀性 能 的最佳 比例范 围 。通 过计算 不 同氧化 时问 内制备 的膜层 中尖 晶石相 的 晶 粒尺 寸 ， 探讨 了氧化 时 间对 微 弧 氧 化膜 层 相 结 构 的 影 响 。这些研 究对 改 进 镁 合金 微 弧 氧 化 工艺 ， 提高 膜层 的耐蚀性 能有 着重 要 的指导 意义 。
１ ３ 微 弧氧化 陶瓷膜 的制备及 性 能测试 ． 基 体试样 经前 处理 用铝 酸钠 体系 电解 液进 行微
弧氧化 处理 ， 处理后 烘干 、 封装 备用 。所用 的电解液
用 去离 子水 配制 ， 体操 作见 文献 ［０ 。 具 １ ］
采 用 ｘ射线 衍射 仪 （ ／ ｘ ５ ０ ＣＲ ｇｋ ， ａ Ｄ Ｍａ ０ Ｐ ｉ ｕ Ｊ— ２ ａ
（ ． 军 航 空 大 学 航 空 理 论 系 ， 春 １０２ ； ． 林 大 学 材 料 科 学 与工 程学 院 ，长 春 １０ ２ ） １空 长 ３０ ２ ２ 吉 ３０ ５
摘 要 ： 对 镁 合 金 微 弧 氧 化膜 层 ， 其 相 组 成 和 晶粒 尺寸 随工 艺 参 数 的变 化 规 律 进 行 了 定 性 和定 量 分析 ， 考 察 了 针 对 并 相组 成 对 膜 层 耐 蚀 性 能 的 影 响 。结 果 表 明 ： 同工 艺 参 数 条 件 下 制 备 的 微 弧 氧 化 膜 层 均 由镁 铝 尖 晶石 和方 镁 石 两 不
趋势 。
关 键 词 ： 合 金 ； 弧 氧化 ；相 结 构 ；晶粒 尺 寸 镁 微 中 图分 类 号 ： Ｇ ７ Ｔ Ｉ４ 文献标识码 ： Ａ 文 章编 号 ： ０ ５５５ （０ ８ ０ －０００ １０ —０ ３ ２ ０ ）６０ １－６
镁 合金具 有密 度小 、 比强度 高等一 系列优 点 ， 使 其在航 空 、 天 、 械 和 ３ 航 机 Ｃ产 业 中具 有 十分 广 阔 的 应用前 景 。但 是 ， 腐 蚀 性 能差 严 重 制 约 了镁 合金 抗 的进 一步应 用 。微 弧 氧 化技 术 是 一种 工 艺 简单 、 高
效、 环保 的镁 合金表 面处理 技术 ， 通过该 技术 在镁合
金表 面形成 的陶瓷 层具有 耐磨 、 耐蚀 、 耐高温 等许 多 优异性 能 。 目前 ， 内外 大 量文 献 都 报道 了关 于镁 国 合金微 弧氧 化膜层 的 电解 液 和 制 备工 艺 参 数 、 膜层 性 能等方 面 的研 究成 果 。但 是 ， 由于各 国 的研究 人
相组 成 ， 两 相 的含 量 差 别 很 大 。当 这 两 相含 量 的 比值 在 ０ ６～ ． 范 围 内 时 ， 层 的耐 蚀 性 明 显 提 高 。不 同 时 间 但 ． １０ 膜
内制 备 的膜 层 中 Ｍｇ １Ｏ Ａ 晶粒 尺 寸 都 在 ４ ５ ｎ 的 范 围 内 ， 着 氧化 时 间 的增 加 ， 粒 尺 寸 呈 现 先 减 小后 增 大 的 ０～ ０ ｍ 随 晶
支 撑 计 划 （ 科 合 ２０ Ｋ ０ ） 长 ０ ７ Ｚ ７ 作 者 简 介 ：李 颂 （ ９ ６ ） １７ 一 ，女 ，博 士 ， Ｅｍ ｉ ｌｏ ｇ （ — ａｌ ｉ ｎ ＠ ）ｓ
ｅ ｉ ｊ ．ｄ ．ｎ ｍａｌ ｌ ｅ ｕ ｃ ．ｕ
用 ｃ ｕ靶 Ｋ ｔ 线 。为保 证 Ｘ Ｄ数据 的有 效 性 ， ｏ射 Ｒ 膜