三种不同电解液中镁微弧氧化膜研究

在氟锆酸盐、铝酸盐和硅酸盐3种不同电解液中对镁进行微弧氧化处理分别制得了锆膜、铝膜和硅膜, 对这些膜层的形貌、相组成、表面粗糙度、结合强度、硬度和耐蚀性进行了研究。结果表明：锆膜致密,由t-ZrO2、MgF2和Mg2Zr5O12相组成;铝膜多孔,由MgAl2O4和MgO相组成;硅膜多孔,由Mg2SiO4和MgO相组成。这些膜层表面很粗糙,膜层与基体结合非常牢固。铝膜的硬度比锆膜和硅膜更高。经微弧氧化处理后镁的耐蚀性得到了明显改善,其中锆膜的耐蚀性最好。     

Anodization of AZ91 magnesium alloy in alkaline solution containing silicate and corrosion properties of anodized films

The anodization of AZ91 magnesium alloy in an alkaline electrolyte of 100g/L NaOH 20g/L Na2B4O7·10H2O 50g/L C6H5Na3O7·2H2O 60g/L Na2SiO3·9H2O was studied.The corrosion resistance of the anodized films was studied by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and potentiodynamic polarization techniques.The microstructure of the films was examined with scanning electronic microscope (SEM) and X-ray diffractometer (XRD).The results show that,under the experimental conditions,the optimum anodizing time and the optimum anodizing current density are 40min and 20mA/cm2 respectively for obtaining the anodic film with high corrosion resistance.The XRD pattern shows that the components of the anodized film consist of MgO and Mg2 (SiO4).     

电流密度对镁合金微弧氧化膜层性能的影响

在电流密度分别为3、6、9、12 A/dm2时,用微弧氧化的方法在碱性电解液体系中制备了镁合金微弧氧化膜,考察了不同电流密度对生成的氧化膜层厚度、硬度的影响规律;用XRD分析了氧化膜层的相结构;并采用NaCl溶液浸泡试验和中性盐雾试验,考察了氧化膜的耐蚀性能。结果显示:随着电流密度的增大,膜层的厚度、硬度均呈增加的趋势;陶瓷层主要由MgO、Mg2SiO4和非晶相组成;得到的氧化膜层具有优良的耐蚀性能。     

基于配方均匀试验优化微弧氧化电解液浓度配比

目的 研究电解液中各电解质不同浓度配比下微弧氧化膜层的制备、微观结构及耐蚀性能,以确定最优配方.方法 基于配方均匀试验方法,在硅酸盐系电解液中对AM60B镁合金进行微弧氧化处理.引入微弧氧化反应的可行性和微弧氧化膜层的成膜性两个试验指标,分别评判本研究中某电解液配方是否具有实际应用价值,以及评价在某个电解液配方下所制得膜层的合格程度.利用涡流测厚仪、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子探针(EPMA)、硝酸点滴实验以及电化学实验等方法,分别表征膜层的厚度、微观结构、物相组成、元素成分及耐蚀性能.结果 当电解液中NaOH的质量浓度小于10 g/L时,方能获得表观完整且色泽均匀的微弧氧化膜层.当NaOH和KF的浓度配比接近,且两者之和约为Na2SiO3所占配比时,即Na2SiO3为19.24 g/L、NaOH为8.80 g/L、KF为11.96 g/L时,膜层中孔径的尺寸小,缺陷少,致密度最高,此时膜层的耐蚀性最好,与基体相比,该膜层的硝酸点滴耐蚀性提高了39倍,电化学耐蚀性提高了3个数量级.膜层主要由MgO、Mg2SiO4及少量的MgF2、MgAl2O4组成,但含量有差别.结论 实验设计方法的选择是保证本研究结果有效性的核心和关键.电解液中NaOH的浓度高低是决定某电解液配方是否具有实用价值的首要因素.只有Na2SiO3、NaOH和KF三者间具备适当的配比时,才能降低膜层中的微孔尺寸,减少微裂纹,提高其致密度,并能够在膜层中沉积更多的优质物相,这些是增强膜层耐蚀性的前提和保障.     

电解质对AZ91D镁合金微弧氧化的影响

在Na2SiO3和NaAlO2为主成膜剂的硅铝复合电解液中,利用交流脉冲电源对AZ91D镁合金进行微弧氧化处理,研究主成膜剂含量的变化对微弧氧化过程及膜层特性的影响规律。利用扫描电镜(SEM)和膜层测厚仪分别研究了膜层的微观形貌和膜层厚度,通过电化学阻抗谱(EIS)测试膜层在3.5%NaCl中性溶液中的耐蚀性能。结果表明,随着主成膜剂含量的增加,微弧氧化过程中起弧电压和终止电压均呈下降的变化趋势,而膜层耐蚀性则基本呈先增大后降低的变化趋势,膜厚的变化趋势与其耐蚀性一致;Na2SiO3含量的变化对膜层内部致密层和外部疏松层的耐蚀性均有影响,而NaAlO2含量的变化则主要影响膜层内部致密层的耐蚀性;适量的主成膜剂含量是获得致密耐蚀膜层的关键。     

AZ91D镁合金微弧氧化工艺参数的优化

利用自制微弧氧化装置在硅酸盐体系中对AZ91D镁合金进行微弧氧化处理.采用4因素3水平正交试验,从考察膜层厚度、表面粗糙度和耐蚀性出发,确定了AZ91D镁合金在硅酸盐体系中的最佳工艺参数.结果表明：在最佳工艺条件下,微弧氧化膜呈多孔结构、孔径较小,裂纹较少,分布均匀,膜层较为致密;微弧氧化膜由MgO、Mg2SiO4、MgAl2O4和少量的SiO2组成;室温下,在质量分数为3.5%的NaCl中性溶液中浸泡168 h后,膜层表面未出现明显的点蚀现象,耐蚀性较镁合金基体有了很大提高.     

20% Al2O3-SiO2(sf)/AZ91D镁基复合材料微弧氧化陶瓷层电化学腐蚀性能

在磷酸盐体系电解液中,对20%(体积分数)硅酸铝短纤维(Al2O3-SiO2)增强AZ91D镁基复合材料进行微弧氧化表面处理获得陶瓷层。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)仪分析陶瓷层的表面形貌、截面组织和相组成,采用动电位极化和电化学阻抗谱(EIS)测试评价微弧氧化陶瓷层的电化学腐蚀性能。结果表明,该陶瓷层主要由MgO和MgAl2O4相组成。陶瓷层的腐蚀电流密度比镁基复合材料基体低3个数量级,电化学阻抗大幅升高,耐腐蚀性能明显高于复合材料基体     

Effect of TiO2 nanoparticles on the microstructure and corrosion behavior of MAO coatings on magnesium alloy

The microstructure and corrosion behavior of the micro‐arc oxidation (MAO) coatings modified by TiO₂ on AZ91 magnesium alloys were investigated by SEM, EDS, XRD, electrochemical analysis and drop test, respectively. The modified MAO coatings were consisted of not only MgAl₂O₄ and MgO, which usually could be found in MAO coatings on the AZ91 alloys, but also a small quantity of Ti. With increasing the contents of TiO₂ nanoparticles from 0 to 4.8 g/L in the electrolyte, the coatings thickness increased from 19 to 24 µm, and the color of the MAO coating changed from light gray to dark. The addition of TiO₂ could effectively decrease the number of the pores and improve the density of the coatings. The corrosion potential of the modified coatings positively shifted about 180 mV and the corrosion current density declined and the drop time increased. The mechanism of the corrosion resistances of the modified coatings lay in the fact that TiO₂ nanoparticles could increase the thickness and the density of the coatings on the AZ91 magnesium alloys.     

TC4 合金微弧氧化层的耐磨性和耐蚀性

目的对比不同电解液体系中制备的陶瓷膜层的耐磨损和耐腐蚀性能,判断实验条件下陶瓷膜性能最优的电解液体系。方法在相同的电参数工艺下,分别在Na Al O2,(Na PO3)6和Na2Si O3电解液体系中对TC4合金进行微弧氧化处理,处理时间为15 min。分析陶瓷层的表面形貌、成分和相结构。进行干摩擦条件下的摩擦磨损实验,对比TC4合金及三种陶瓷膜的耐磨性。通过测试极化曲线,对比TC4合金及三种陶瓷膜的耐蚀性。结果在Na Al O2,(Na PO3)6,Na2Si O3电解液体系中获得的陶瓷层表面呈现出多孔和局部凸起的相似表面特征,但相组成存在差异,主要相分别为Al2Ti O5,Al PO4和Ti O2。摩擦磨损实验表明,在10 N载荷下,以Si3N4陶瓷球作为摩擦配副,陶瓷层的磨损失重相对基材均显著减小,其中(Na PO3)6-陶瓷层失重约为基材的1/22。极化曲线分析表明,在模拟油田采出液作为腐蚀液的条件下,与TC4合金相比,陶瓷层的Ecorr显著正移,Jcorr明显减小,其中(Na PO3)6-陶瓷层的Ecorr从-0.311 V正移至0.777 V,Jcorr从9.634×10-7A/cm2减小到2.595×10-8A/cm2。结论微弧氧化处理能够显著改善TC4合金的耐磨性和耐蚀性,其中(Na PO3)6-陶瓷层的综合性能较好,有望满足TC4合金服役于油田环境时的要求。     

K2ZrF6对镁合金微弧氧化膜抗点燃性能的影响

目的 降低镁合金在高温环境下起火燃烧的风险,同时探索微弧氧化膜是否具有抗点燃的热防护功能.方法 采用添加不同含量K2ZrF6的碱性硅酸盐电解液体系,在AZ91D镁合金表面制备微弧氧化膜,研究不同浓度K2ZrF6对微弧氧化膜抗点燃性能的影响.采用扫描电镜观察燃烧前微弧氧化膜的微观结构变化,结合XRD分析涂层的相组成,并借助抗点燃性能测试装置,考察微弧氧化膜的起燃时间.结果 添加K2ZrF6制备的微弧氧化膜主要由MgO、Mg2SiO4、MgF2和ZrO2组成.随着K2ZrF6含量的增加,膜层中大尺寸缺陷减少,致密性和厚度显著提高,表面粗糙度先增加、后降低.添加0～10 g/L K2ZrF6的微弧氧化膜的致密性较差,这类微弧氧化层在火焰的作用下,会形成大量的烧蚀孔洞和纵向扩展裂纹;添加15、20 g/L K2ZrF6的微弧氧化膜,具有更为致密的内层,这类微弧氧化膜直到基体完全熔化变形,才会出现横向扩展裂纹,导致涂层失效.AZ91D镁合金经过含15 g/L K2ZrF6的电解液微弧氧化处理后,起燃时间最长,抗点燃性最好.结论 K2ZrF6浓度对微弧氧化膜抗点燃性的影响主要体现在对其致密性的影响上,内层的致密结构能够减少在高温火焰作用下形成的烧蚀孔洞,以及延缓裂纹的产生,从而阻碍熔融的液态镁和镁蒸气向外扩散,减缓氧化反应的程度,提高涂层的抗点燃性.     

6061铝合金表面新型黄色微弧氧化陶瓷层的制备与表征

目的 研究6061铝合金表面新型微弧氧化黄色陶瓷层的制备工艺,并对其微观结构、成分、硬度、耐蚀性能等进行表征。方法 在以Na2SiO3为基础的电解液中加入Na2SnO3进行微弧氧化处理,制备出黄色微弧氧化陶瓷层,并与传统白色、黄色、黑色微弧氧化陶瓷层作对比。采用SEM和EDS分析膜层表面形貌和元素分布,借用XPS对膜层进行成分表征,使用硬度计测试其表面硬度,采用电化学工作站和人造海水腐蚀实验评价陶瓷层的抗腐蚀性能。结果 随着电解液中Na2SnO3浓度的增加,陶瓷层中Sn元素含量增加,Si元素含量减少,陶瓷层黄色饱和度不断增强。黄色含Sn陶瓷层制备过程中,电解液中的SnO32-在高温高压下转化为SnO2,导致陶瓷层硬度达到365HV,高于白色与黑色陶瓷层。在3.5% NaCl溶液中进行电化学测试,黄色含Sn陶瓷层的腐蚀电流密度与腐蚀电位分别为9.34×10-9 A/cm2和-0.34 V,耐蚀性优于白色和黄色含Mn陶瓷层。结论 在电解液中添加Na2SnO3可在铝合金表面生成具有较高硬度和耐蚀性能良好的类似沙漠黄色的陶瓷层,为铝及其合金在多领域的应用奠定了一定的实验基础。     

Micro-arc oxidation coatings on Mg-Li alloys

Micro-arc oxidation (MAO) method was used for the surface modification of an Mg-5wt.%Li alloy. Ceramic coatings were in-situ fabricated on the Mg-Li alloy. The morphology feature,phase composition,and corrosion-resistance of the formed ceramic coatings were studied by SEM,XRD,and electrochemical methods,respectively. The results showed that the coatings produced in a sodium silicate solution system were composed of MgO and Mg2SiO4. The ceramic coating became thicker and the content of Mg2SiO4 phase increase...     

阴极电流密度对6061铝合金在含Na2WO4电解液中微弧氧化膜结构和耐磨性能的影响

目的 研究恒流模式下阴极电流密度对6061铝合金在含Na2WO4的电解液中制备的微弧氧化膜厚度、形貌、相组成及耐磨性能的影响。方法 固定阳极电流密度为5.0 A/dm²,阴极电流密度分别为0、1.25、2.5、3.75、5.0 A/dm²,对6061铝合金进行微弧氧化40 min。用涡流测厚仪测量了氧化膜的厚度,用扫描电镜观察了微弧氧化膜的表面形貌和截面形貌,用能谱分析仪分析了氧化膜的表面成分,用X射线衍射分析仪分析了微弧氧化膜的相组成,用往复式摩擦磨损试验机测试了氧化膜的耐磨性能。结果 随着阴极电流密度的增加,氧化膜内的W含量逐渐减少,氧化膜颜色逐渐变浅,氧化膜厚度逐渐增加。微弧氧化膜的主要组成相为α-Al2O3和γ-Al2O3。当阴极电流密度从0 A/dm²增加到3.75 A/dm²时,氧化膜内孔洞的数量和尺寸逐渐减少,孔洞到氧化膜/基体界面的距离逐渐增加,氧化膜的耐磨性能逐渐提升。当阴极电流密度为3.75 A/dm²时,氧化膜的磨损率最低,仅为1.07×10^‒4 mm³/(N.m)。但阴极电流密度增加到5.0 A/dm²时,氧化膜表层出现孔洞和剥落,耐磨性能下降。结论 阴极电流的加入有助于增加6061铝合金微弧氧化膜的厚度,提高氧化膜的致密性和耐磨性能,但过高的阴极电流会导致氧化膜表层出现孔洞,降低耐磨性能。     

SiC纳米颗粒对TA2微弧氧化涂层组织结构及耐蚀性能的影响机制

为提高钛及钛合金防腐蚀、耐磨损等关键服役性能,本研究在TA2钛合金表面制备微弧氧化陶瓷涂层,研究纳米SiC颗粒的添加对微弧氧化涂层组织结构及耐蚀性能的影响机制.结果表明,基础电解液中SiC的加入能够大幅度提高TA2微弧氧化涂层的厚度,且随着电压的升高,涂层的厚度和表面粗糙度也随之增大,涂层表面的微孔尺寸随着电压的升高而逐渐增大,SiC的加入能够有效地抑制微弧氧化涂层表面裂纹的产生;微弧氧化涂层的物相主要有高温稳定相金红石及锐钛矿,还含有少量的SiC及SiO2;微弧氧化涂层增加TA2的开路电位及自腐蚀电位,随着处理电压的增加开路电位随着升高;SiC的加入降低了涂层的阳极电流密度,显著提高了微弧氧化涂层得耐蚀性能。     

Electrochemical performance of microarc oxidation films formed on AZ91D alloy in two group electrolytes

The phase composition and electrochemical performances of microarc oxidation（MAO） films prepared on AZ91D alloy by using step-down current method in a phosphate electrolyte（P-film） and silicate electrolyte（Si-film） were studied. The results show that P-film is mainly composed of Mg, MgAl2O4 and MgO, and Si-film is composed of Mg2SiO4 and MgO. There clearly exists a fluoride-enriched zone with the thickness of about 1 - 2 μm for P-film and 0.7 - 1μm for Si-film at the MAO coating/substrate interface. The electrochemical tests show that both P-film and Si-film can enhance the corrosion resistance of AZ91D magnesium alloy significantly. The corrosion failure process of the two films in 5% （mass fraction） NaCl solution is quite different.     

甘油磷酸钙浓度对钛合金MAO涂层性能的影响

目的 提高医用钛合金的生物活性。方法 在含葡萄糖酸钙(Ca Glu₂)、葡萄糖酸镁(MgGlu₂)、植酸钠(Na₁₂Phy)和磷酸(H₃PO₄)的基本溶液中,分别添加8、10、12 g/L甘油磷酸钙(Ca-GP),采用MAO方法在Ti-6Al-4V表面制备3种涂层。使用SEM、EDS、XRD、XPS和AFM检测涂层表面形貌、化学成分、物相结构、元素存在状态和表面粗糙度,并测试涂层的接触角、结合强度以及体外生物活性。结果 经过MAO处理后,钛合金表面可成功生长出多孔陶瓷涂层,Ca-GP参与了MAO涂层形成。当Ca-GP的质量浓度为8 g/L时,涂层非常粗糙,Ca和Mg的原子数分数分别为7.56%和1.74%。随着Ca-GP浓度的增加,微孔均匀性变好,表面微裂纹减少,且钙磷原子比(Ca/P)显著提高。在含8、10 g/L的Ca-GP溶液中,制备的涂层以Ti、锐钛矿和金红石型Ti O2组成为主;在12g/L的Ca-GP溶液中生成的涂层,Ca/P原子比可达1.77,含有Ti P     

稀土盐浸泡镁合金微弧氧化膜层的制备及性能(英文)

在 K2ZrF6-Na2SiO3电解液中对 Y(NO3)3浸泡预处理的 AZ91D 镁合金进行微弧氧化处理,在镁合金表面制备 Y2O3-ZrO2-MgO 复合膜层(YSZ-MgO 膜)。运用电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDX)、X 射线衍射(XRD)和电化学分析与高温氧化等方法研究 YSZ-MgO 膜的组成与结构、耐腐蚀性及热稳定性。结果表明,YSZ-MgO 膜主要由 Y2O3、ZrO2、MgO 和 Mg2SiO4等物相组成,和未经 Y(NO3)3浸泡的膜层(ZrO2-MgO 膜)相比,YSZ-MgO膜的厚度较小,但膜层的致密性较好,表面粗糙度较小;且腐蚀电流密度较小、开路电位较正、极化阻抗较高;在 5%NaCl 溶液中的腐蚀速率低于 ZrO2-MgO 膜的,约为 AZ91D 镁合金的 8%。YSZ-MgO 膜层比普通 ZrO2-MgO膜层具有更强的抗高温氧化性能和耐热冲击性能。     

TiN颗粒对镁合金微弧氧化过程及膜层性能的影响

目的分析Ti N颗粒在镁合金微弧氧化过程中的作用,并研究其在膜层中对镁合金硬度、耐磨和耐蚀等性能的影响。方法通过在微弧氧化电解液中添加2.7μm Ti N颗粒,并使其充分分散于电解液中,使电解液中Ti N颗粒的质量浓度分别为0、2、4、6 g/L,并控制其他实验参数(如电流密度、频率、占空比和氧化时间)一样的情况下进行实验,通过电子显微镜、涂层厚度测厚仪、显微维氏硬度计、X射线衍射和电化学工作站,分别从膜层的表面形貌、厚度、硬度、相组成及耐蚀性等方面,研究了Ti N颗粒对镁合金微弧氧化膜层性能的影响。结果在微弧氧化电解液中添加Ti N颗粒后,相同电化学参数下制得的微弧氧化膜层变得致密,厚度、硬度有所增加,氧化膜层主要由Mg、MgO、Mg2Zr5O12、Ti N组成。极化曲线显示,加入Ti N颗粒,制备的微弧氧化膜层比未加入Ti N颗粒制得的膜层的腐蚀电流下降了2个数量级。阻抗图谱表明,电阻值增加了1个数量级。结论 Ti N颗粒能够随镁合金的微弧氧化过程进入制得的氧化膜层中,并且能够增加膜层厚度和硬度,使膜层的耐磨、耐蚀性得到提高。     

电流密度对海水淡化用铝合金微弧氧化陶瓷膜层耐蚀性的影响

在硅酸盐体系中研究了双极性脉冲电源的电流密度对6061铝合金微弧氧化的影响。结果表明,电流密度对膜层的生长、形貌及耐蚀性具有明显的影响;电流密度为15.0 A/dm2时,起弧时间最短为86 s,且膜层形貌均匀、致密,腐蚀电位E0和腐蚀电流密度Icorr分别达到-0.526 72 V和5.287×10-8A/cm2,表现出良好的耐蚀性能。用高浓度海水喷淋腐蚀试验表明来自海水中的Cl-阴离子只能进入MAO膜层的疏松表层,生成可溶性的Al-O-Cl络合物,造成表面出现大量"海绵絮状"孔洞,但Cl-、SO24-等阴离子无法进到膜层内部致密层,从而基体不被腐蚀。     

Effects of additives on corrosion and wear resistance of micro-arc oxidation coatings on TiAl alloy

Ceramic coating was deposited on TiAl alloy substrate by micro-arc oxidation(MAO)in a silicate-aluminate electrolyte solution with additives including sodium citrate,graphite and sodium tungstate.The microstructures and compositions were analyzed by SEM,EDX and XRD.The corrosion and wear properties of the coatings were investigated by potentiodynamic polarization and ball-on-disc wear test,respectively.The results show that the MAO coatings consist of WO3,Ti2O3,graphite and Al2O3 besides Al2TiO5 and Al2SiO5.With additives in the electrolyte,the working voltage at the micro-arc discharge stage decreases,and the ceramic coating gets smoother and more compact.The corrosion current density of MAO coating is much lower than that of TiAl substrate.It can be reduced from 9.81×10-8A/cm 2to 3.02×10-10A/cm 2 .The MAO coatings composed of hard Al2O3,WO3 and Ti2O3 obviously improve the wear resistance of TiAl alloy.The wear rate is-3.27×10-7g/(N·m).