镁合金表面微弧氧化法

简要介绍了国内外镁合金表面处理方法，重点介绍了微弧氧化技术的发展现状、工艺和成膜性能。通过它与普通阳极氧化技术的对比，作者认为微弧氧化是最具潜力的镁合金表面处理技术之一。     

医用镁合金微弧氧化涂层制备及降解行为研究进展

近年来，镁合金作为“可降解医用金属材料”越来越受到研究人员的青睐。然而，镁合金的腐蚀降解较快导致的力学衰减显著、材料与骨愈合的适配性减弱是当前限制其临床应用的瓶颈性问题。微弧氧化作为一种有效的减缓镁合金降解速率措施，具有工艺简单、成膜效率高、膜层整体综合性能优异等优点，实现了降解速度可调控与改善生物相容性双重功能。本文主要从微弧氧化（MAO）涂层形成机制及膜层降解机理出发，综述了生物医用镁合金微弧氧化涂层研究进展；详细阐述了微弧氧化涂层镁合金的膜层形成/破裂机制；系统地归纳了微弧氧化工艺参数和涂层降解性能、生物相容性的本质联系；揭示了自封孔型氧化膜的生长机制、封孔物质的沉积过程及其保留在微孔内的原因；概述了复合表面处理技术的膜层物相特征及仿生溶液环境下降解行为规律。最后，展望了医用镁合金微弧氧化涂层的未来发展方向。     

AZ91D镁合金微弧氧化工艺参数的研究

微弧氧化技术是一种在金属表面原位生长陶瓷膜的先进成形技术,是镁合金表面处理技术的重点发展方向,微弧氧化过程复杂,选择合适的工艺参数,优化工艺过程,对进一步提高膜层的性能来说至关重要。本课题通过试验研究了电流密度、占空比、频率和氧化时间对AZ91D镁合金陶瓷膜性能的影响,对工艺参数进行了优化。试验结果表明,AZ91D镁合金微弧氧化最佳的工艺参数:电流密度为1.0A/dm2、频率为600Hz、占空比为20%、微弧氧化时间为20min。     

镁合金压铸模铸件微弧氧化表面处理工艺研究

以大面积镁合金压铸模轮毂铸件微弧氧化表面处理为例,设计了镁合金微弧氧化表面处理技术生产线,研究了微弧氧化表面处理技术的成膜机理,以及工艺的参数对膜层质量的影响。结果表明,微弧氧化表面处理技术用于镁合金压铸模铸件表面处理效果较好,对大面积镁合金铸件表面处理有重要参考价值。     

镁合金微弧氧化工艺参数研究

镁合金是目前最轻的金属,它可以部分替代一些钢铁材料来实现材料的轻量化。而且镁合金具有比强度、比刚度较高,减震性、减噪性、加工性较好等优点,市场对它的需求量也越来越大。但是镁合金的电位很低,易与其他金属发生电偶腐蚀,利用微弧氧化可在镁合金表面制得一层综合性能较好、类似陶瓷层的一种膜层,可大大提高镁合金的耐蚀性、耐磨性及耐高温性,因此微弧氧化技术在镁合金表面处理上得到了较快发展。对此,首先介绍了微弧氧化机理的研究现状,总结了微弧氧化过程的几个主要阶段及其主要作用;其次,重点概述了影响镁合金微弧氧化陶瓷膜制备工艺的主要因素,特别是电参数、电解液及氧化时间等对膜层结构、形貌及性能的影响;最后提出目前镁合金微弧氧化工艺存在的几个主要问题,并对其解决办法及应用前景进行了展望。     

低温超音速火焰喷涂铝-微弧氧化复合膜的制备与性能研究

先采用低温超音速火焰喷涂技术在AZ91D镁合金表面沉积一层致密的Al涂层,再采用微弧氧化技术进行微弧氧化处理,进而获得复合涂层。对热喷涂铝涂层微弧氧化的成膜过程、氧化膜微观结构和成分、复合涂层的耐腐蚀性能等进行了研究,并与在2024铝合金及AZ91D镁合金表面的微弧氧化过程和氧化膜层进行了对比。结果表明:在Al涂层上微弧氧化形成的微弧氧化膜呈多孔珊瑚状,相结构主要为γ-Al2O3,没有微裂纹产生,其微弧氧化过程与2024铝合金的微弧氧化大致相同;复合涂层具有良好的抗盐雾腐蚀性能,可显著提高镁合金的耐蚀性。     

镁合金微弧氧化的研究现状

结合国内外镁合金微弧氧化机理的研究成果,重点介绍了镁合金微弧氧化的生长机理,利用光发射谱识别等离子体放电过程中的反应元素,并计算等离子体温度。对镁合金微弧氧化功能膜以及增强相对镁基复合材料微弧氧化陶瓷膜耐蚀性的影响作了简要介绍。概述了在镁合金微弧氧化过程中,不同体系的电解液各自具有的优缺点,及对陶瓷膜结构和性能产生的重要影响。添加剂可以提高电解液的导电性和稳定性,减小陶瓷膜的孔隙率。详细阐述了合金元素、电源类型、电参数和后处理封孔技术对镁合金陶瓷膜结构、形貌及性能的影响。基于镁合金微弧氧化技术的研究现状,对镁合金微弧氧化技术的研究方向进行了展望。     

AZ91镁合金在磷酸盐体系中微弧氧化的工艺研究

采用磷酸盐体系在AZ91压铸镁合金表面制备了一系列微弧氧化膜层,并通过中性盐雾试验、扫描电镜等方法研究了各种工艺条件下的微弧氧化膜层耐蚀性能及形貌特征。结果表明,经微弧氧化处理,AZ91压铸镁合金试样的耐腐蚀性能明显提高。在磷酸盐体系中进行微弧氧化处理的最佳工艺方案为:磷酸钠5g·L-1,氢氧化钠6g·L-1,电流密度3A·dm-2,氧化10min。     

镁合金微弧氧化技术研究进展

介绍了镁合金微弧氧化技术研究现状,重点总结了微弧氧化机理研究现状,详细介绍了电解液体系及电参数对镁合金微弧氧化陶瓷膜生长以及膜层性能的影响规律,最后探讨了当前镁合金微弧氧化研究的不足,指出了后续研究方向.     

Mg-Mn-Ce镁合金表面超疏水复合膜层的制备及耐腐蚀性能

采用微弧氧化技术和有机镀膜技术相结合的复合处理方法实现Mg-Mn-Ce镁合金表面改性,获得超疏水复合膜层,研究微弧氧化膜的表面特征、有机镀膜电化学反应过程、复合膜层的润湿特性和耐腐蚀性能。结果表明:镁合金经微弧氧化处理后由于微弧氧化膜表面呈微纳多孔结构,表现为超亲水特性,其蒸馏水的静态接触角接近0°;在微弧氧化膜上经有机镀膜后,其形成的有机薄膜的静态接触角高达173.3°,表现出优良的超疏水特性。镁合金经微弧氧化处理后具有良好的耐腐蚀性能,经有机镀膜超疏水复合处理后,耐腐蚀性能得到进一步提高。复合膜层在3.5%NaCl溶液中,与基体相比动电位极化腐蚀电流密度减小了3个数量级、而电化学阻抗提高了3个数量级,耐腐蚀性能明显改善。微弧氧化与有机镀膜相结合的复合处理使镁合金表面在实现超亲水-超疏水功能转换的同时显著提高镁合金的耐腐蚀性能。     

国内铝和铝合金微弧氧化技术研究动态

以国内公开发表的微弧氧化技术文献为基础，针对铝和铝合金表面微弧氧化技术，从机理研究、工艺参数的研究与选择、陶瓷层结构及性能等，系统归纳了其研究结果。从文献的内容来看大多数研究处于对试验现象及结果的分析的层次，而阳极氧化过程中电击穿理论研究和工业应用研究较为欠缺。     

纯镁微弧氧化含碳陶瓷层的耐磨性能

为进一步提高纯镁表面微弧氧化陶瓷层的摩擦磨损性能,在硅酸盐体系的电解液中加入不同质量浓度的石墨烯添加剂,对纯镁试样进行微弧氧化处理。利用扫描电子显微镜、电子探针、显微硬度仪和原子力显微镜等分析镁微弧氧化陶瓷层的表面和截面形貌、陶瓷层成分、显微硬度和表面粗糙度,并用MS-T3000球-盘磨损实验机对微弧氧化陶瓷层的摩擦学性能进行研究,台阶仪计算比磨损量。结果表明:在微弧氧化电解液中加入少量石墨烯添加剂后制备的陶瓷层中含有一定量的碳元素,含碳的微弧氧化陶瓷层在干摩擦小滑动距离下的摩擦因数显著减小,最低至0.095,较原始镁试样的0.45减小近50倍,含碳微弧氧化陶瓷层比磨损量是原始试样的1/5。纯镁表面含碳微弧氧化陶瓷层有效提高了纯镁表面的减摩和耐磨性。     

Effects of Al3+ concentration in hydrothermal solution on the microstructural and corrosion resistance properties of fabricated MgO ceramic layer on AZ31 magnesium alloy

Porous magnesium oxide (MgO) ceramic layers were prepared on AZ31 magnesium alloy via microarc oxidation (MAO) and sustained hydrothermal treatment at 90°C for 18 h in alkaline zinc nitrate solution with varying Al³⁺ concentrations. Increasing the Al³⁺ concentration advanced the formation of layered double hydroxide (LDH) films on the MgO ceramic layers, enabling the sealing of micropoles and cracks via in situ growing. Electrochemical and immersion test results indicated that the MAO/hydrothermal treatment-prepared LDH/MgO composite coatings achieved increased corrosion resistance than single MAO ceramic layers, due to the sealing effect and ion-exchange capacity of LDHs. Furthermore, as Al³⁺ concentration in hydrothermal solution increased, the anticorrosion properties of the composite coatings were enhanced. Concludingly, LDH/MgO composite coatings could provide augmented long-term anticorrosion protection for magnesium alloys compared with single MAO ceramic layers.     

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     

镁合金微弧氧化陶瓷层的绝缘强度及耐蚀性的研究

采用微弧氧化法在MB8镁合金表面原位生长—层陶瓷层,利用电击穿试验、盐雾腐蚀试验等手段研究了陶瓷层的绝缘强度Eb和耐蚀性,并用扫描电镜(SEM)分析了陶瓷层的形貌结构。结果表明：恒流条件下,随微弧氧化时间的增加,陶瓷层的厚度增加,陶瓷层内的显微缺陷增多,致密性下降;陶瓷层的绝缘强度(Eb)和耐蚀性均呈现出先增大后减小的趋势;陶瓷层的致密性越高,绝缘强度(Eb)越大,耐蚀性也就越好。     

微弧氧化工艺及封孔处理对镁合金耐蚀性能的影响

为寻求在低成本下获得高性能镁合金防护膜的方法,采用直流低压微弧氧化工艺,在硅酸盐体系中添加抑弧剂抑弧以获得均匀的膜层,并对随后获得的微弧氧化陶瓷膜进行封闭处理.通过形貌分析及腐蚀析氢的方法研究了膜层的耐蚀性能及腐蚀特征,结果表明:在低电流密度下适当延长微弧氧化时间,可获得更为致密的陶瓷膜层,抗腐蚀性能更好.碳酸盐封孔处理可使膜层的致密层变厚,并进一步强化膜层的致密度;能保证基体完全不受腐蚀的时间显著延长,并在较长时间内使膜层的抗腐蚀性能明显提高.     

Thickness effects on corrosion and wear resistance properties of micro-arc discharge oxide coatings on AZ91D magnesium alloys

The microarc oxidation coatings with difference thickness were synthesized on AZ91D magnesium alloy. The microstructure and phase structure of the coatings were analyzed using SEM and XRD, the tribological properties and corrosion resistance behaviour of the coatings were also investigated. The results show that the coating contains two layers, a porous outer layer and relatively dense inner layer. The microhardness of the MAO coatings is four to six times higher than that of the magnesium alloy substrate. The MAO coatings have much better wear-resistance and corrosion resistance abilities than those of magnesium alloy substrate, but possess higher friction coefficient. The results further indicate that there is an optimization thickness for corrosion and wear resistance.     

刷镀陶瓷层的绝缘性能及其影响因素

采用刷镀微孤氧化的方法在铝质材料上制备陶瓷层.测定了陶瓷层在干燥大气和潮湿大气中的绝缘性能,并分析了微弧氧化工艺条件、涂层特性对膜层绝缘性能的影响.     

微弧氧化技术在Al、Mg、Ti及其合金中的应用

综述了微弧氧化技术发展状况、机理及其影响因素.有色金属Al、Mg、Ti及其合金在工业中的地位越来越重要，而其耐蚀性、耐磨性及硬度等应用性能不理想一直束缚其发展.微弧氧化技术可以直接在有色金属Al、Mg、Ti及其合金表面原位生长陶瓷层，从而改善了其应用性能.介绍了微弧氧化技术在Al、Mg、Ti及其合金中的应用. 