电参数对AZ91D镁合金微弧氧膜的影响
电参数对AZ91D镁合金微弧氧膜的影响[20200413193755]
摘要
采用铝酸盐体系电解液以恒压模式对镁合金AZ91D进行微弧氧处理化制得陶瓷氧化膜层。研究正/负向电压，正/负向频率，正负向占空比对膜层厚度、宏观形貌、显微特征物相组成的影响。结果表明：正向电压越高，膜层越厚，最大能达到22um；负向电压越高，膜层厚度越小；正向频率越高，膜层厚度越小；负向频率越高，膜层厚度越大，最大能达到21um。占空比越大，膜层厚度越大；占空比达到15％后影响不大。显微形貌特征是疏松多空，并附有熔融氧化物。物相组成有镁、氧化镁、偏铝酸镁。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:铝酸盐体系恒压模式电压频率占空比
目录
第1章 绪论 1
1.1镁及镁合金 1
1.1.1引言 1
1.1.2镁合金的应用领域 1
1.2 微弧氧化工艺的概述 2
1.2.1微弧氧化的发展过程 2
1.2.2微弧氧化的原理及特点 2
1.2.3微弧氧化的应用 3
1.2.4镁合金表面的微弧氧化处理 3
1.3 本课题研究内容及意义 4
第2章 实验部分 5
2.1 实验材料 5
2.1.1基体合金 5
2.1.2实验药品 5
2.2 实验设备 5
2.3 实验过程 6
2.3.1预处理 6
2.3.2制备流程 7
2.3.3实验方法 7
2.4 后处理 8
第3章 实验结果与讨论 9
3.1工作电压的影响 9
3.1.1陶瓷膜膜层厚度的影响。 9
3.1.2陶瓷膜膜层硬度 9
3.1.3陶瓷膜显微形貌 10
3.1.4陶瓷膜物相分析 11
3.2脉冲频率的影响 11
3.2.1. 陶瓷膜层厚度 11
3.2.2. 陶瓷膜显微硬度 12
3.2.3. 陶瓷膜显微形貌图 12
3.2.4. 陶瓷层物相分析 14
3.3占空比的影响 14
3.3.1陶瓷膜的厚度 14
3.3.2陶瓷膜的硬度 15
3.3.3陶瓷膜显微形貌图 15
3.3.4陶瓷膜物相分析 16
3.4 小结 16
参考文献 17
致谢 18
第1章 绪论
1.1镁及镁合金
1.1.1引言
第球上的镁元素很多,含量可达到2.1%一2.7%。镁元素在陆地上大多以矿物质的形式存在的。如菱镁矿(MgCO3)、白云石(MgCO3·CaCO3)、光卤石(KCI·MgC12·6HZO)、水镁石(Mg(OH)）。海洋、盐田、油田卤水中也蕴含这大量镁元素。工业革命以来铁、铜、铝等一些金属一直处于大量开发利用状态，其资源蕴储量也急剧下降。有人计算过，以目前的开产速度，铜跟铁会在200年内开产完[1]。相对看来，镁的开发利用还是比较晚，储备也够丰富完全有可能替代铁、铝等金属材料。我国的镁资源储量十分丰富，列居世界前茅，菱镁矿更占世界的60％以上[2]。开采也比较简单，多数可以在露天开采。在镁行业的发展中，我国占有着得天独厚的优势。
镁合金是镁与其他金属元素如铝、锌、铜、银、锰、稀土等合金化后得到的金属,其强度一般变大。镁合金主要分为四类：AZ系列（Mg-Al-Zn)、AM系列（Mg-Al-Si)、AS系列（Mg-Al-Si)、AE系列（Mg-Al-稀土）。其中工业生产应用中比较常见的一种AZ系列镁合金，其拥有很高的屈服强度和很好的铸造性能，适用于各个零部件。而AM系列延展性比较高，韧性好，适用于车轮，车门。AS、AE系列耐高温，适用于工作环境温度比较高的部件。
1.1.2镁合金的应用领域
1航空方面
镁合金密度小、比强度高，可以改善动力学性能，在航空航天行业中的应用拥有很大的前景。从火箭、卫星的表皮到内部零件卫星的外表壳体，镁合金都有很多应用[3]。
2武器方面
目前武器发展趋势是质量越来越轻,而镁合金的低密度正符合武器的发展趋势[4]。武器中镁合金的运用已经颇为广泛，如弹夹，瞄准器，冲锋枪托体等。但是，镁合金工作环境温度不宜过高，也不合适在腐蚀环境中运用。
3 医学方面
镁是一种亲生物体元素，人体血液中镁元素超过正常指标的2到3倍也不会有何问题。镁合金能做为人体植入材料，代替骨骼。但镁合金耐腐蚀性不是很好，目前镁合金做为人体植入材料植入人体技术还不够成熟[5]。
4烟花照明方面
镁在空气中燃烧时闪亮刺眼并有大量白烟，所以镁还能用于烟花行业和照明行业[6]。
1.2 微弧氧化工艺的概述
1.2.1微弧氧化的发展过程
20世纪的时候，一位叫Sluginov的人发现把金属浸入到电解液中并且通电后，会发生火花放电的现象[7]。在20世纪30年代左右,Gunterschulze和Betz第一次发表了在高电场下浸在液体里的金属表面出现火花放电的现象的说明，火花对氧化膜具有破坏作用。后来研究发现,利用此现象也可制成氧化膜,并最初应用在镁合金的防腐上[8]。大约从20世纪70年代开始,美国、德国、前苏联也开始研究微弧氧化技术。从文献上面来看，美国、德国、前苏联三个国家研究的方向不同，也很少相互交流。到了20世纪90年代这些国家开始重视该项技术的研究，很多大学、研究机构都开始微弧氧化的研究，论文数量也大量增多[9]。我国是90年代开始研究该技术的，目前蒋百灵等学者在该技术研究方面比较厉害。微弧氧化电源模式都有很多，很多数据表明，电源模式采用交流电源后，镁合金表明生成的微弧氧化陶瓷膜比采用直流电源生成的微弧氧化陶瓷膜层性能更为优秀[10]。
1.2.2微弧氧化的原理及特点
微弧氧化技术是一种新型的氧化技术，前身是阳极氧化技术。其实质是将镁铝钛等合金放置于电解液中，在强电场（高压）的作用中，阳极产生火花放电现象获得高温使得铝镁钛等金属式样表层的原子与电解液中游离的活化氧离子反应，生成具有陶瓷膜结构特性的氧化镁、氧化铝等陶瓷氧化层[9]。传统氧化技术如化学氧化，阳极氧化等得到的陶瓷膜硬度低、膜层薄，与基体结合力差，耐蚀性差，并且该技术处理过程中对环境污染非常大。微弧氧化技术突破了传统的氧化技术属于等离子电解沉积技术。其得到的膜层硬度高，膜层厚，耐热性好，耐蚀性好，与基体的结合力强，具有良好的绝缘性，并且制备过程简单、无污染，很大幅度的提高了铝镁等合金的性能。但是微弧氧化技术仍有很多缺点，如制备过程中使用的是高压耗能大，微弧氧化过程中基体表面产生高温电解液冷却慢，具有一定的噪音，还存在着高压用电安全，并且微弧氧化膜层是陶瓷相所以脆性比较大，承受不了过大的冲击载荷。
基体材料 镁钛铝等合金 多数合金
膜层最大厚度 200-300um 50-80um
膜层最大硬度 1500V以上 400-600
耐腐蚀性 好 一般
耐磨性 好 差
1.2.3微弧氧化的应用
微弧氧化膜层具有很好的耐热性、耐磨性，并且膜层与基体结合力强，不会因为过冷过热在基体与覆层之间产生间隙，用微弧氧化处理过的合金可以很好的应用于运载火箭、卫星或者汽车发动机上，在大量使用轻合金的国防工业、汽车工业及航空航天领域具有重大意义[10]。 微弧氧化膜层还具有很强的耐腐蚀性，结合一些基体合金的优点如钛合金的高韧性，能很好的应用于医学。目前已经广泛应用于骨科、整形外科、口腔等医学领域[11]。微弧氧化技术还在光学材料方面有着很大的应用，微弧氧化表面存在大量的微孔,陶瓷层表面呈现亚光色泽，对外来光线呈漫反射状态，该特性特别适用于灯具、照相机配件和显微镜配件等等[12]。现在有十几家厂商选用了该技术处理光学零部件。 总之微弧氧化膜优越的性能决定了它广泛的应用前景。
摘要
采用铝酸盐体系电解液以恒压模式对镁合金AZ91D进行微弧氧处理化制得陶瓷氧化膜层。研究正/负向电压，正/负向频率，正负向占空比对膜层厚度、宏观形貌、显微特征物相组成的影响。结果表明：正向电压越高，膜层越厚，最大能达到22um；负向电压越高，膜层厚度越小；正向频率越高，膜层厚度越小；负向频率越高，膜层厚度越大，最大能达到21um。占空比越大，膜层厚度越大；占空比达到15％后影响不大。显微形貌特征是疏松多空，并附有熔融氧化物。物相组成有镁、氧化镁、偏铝酸镁。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:铝酸盐体系恒压模式电压频率占空比
目录
第1章 绪论 1
1.1镁及镁合金 1
1.1.1引言 1
1.1.2镁合金的应用领域 1
1.2 微弧氧化工艺的概述 2
1.2.1微弧氧化的发展过程 2
1.2.2微弧氧化的原理及特点 2
1.2.3微弧氧化的应用 3
1.2.4镁合金表面的微弧氧化处理 3
1.3 本课题研究内容及意义 4
第2章 实验部分 5
2.1 实验材料 5
2.1.1基体合金 5
2.1.2实验药品 5
2.2 实验设备 5
2.3 实验过程 6
2.3.1预处理 6
2.3.2制备流程 7
2.3.3实验方法 7
2.4 后处理 8
第3章 实验结果与讨论 9
3.1工作电压的影响 9
3.1.1陶瓷膜膜层厚度的影响。 9
3.1.2陶瓷膜膜层硬度 9
3.1.3陶瓷膜显微形貌 10
3.1.4陶瓷膜物相分析 11
3.2脉冲频率的影响 11
3.2.1. 陶瓷膜层厚度 11
3.2.2. 陶瓷膜显微硬度 12
3.2.3. 陶瓷膜显微形貌图 12
3.2.4. 陶瓷层物相分析 14
3.3占空比的影响 14
3.3.1陶瓷膜的厚度 14
3.3.2陶瓷膜的硬度 15
3.3.3陶瓷膜显微形貌图 15
3.3.4陶瓷膜物相分析 16
3.4 小结 16
参考文献 17
致谢 18
第1章 绪论
1.1镁及镁合金
1.1.1引言
第球上的镁元素很多,含量可达到2.1%一2.7%。镁元素在陆地上大多以矿物质的形式存在的。如菱镁矿(MgCO3)、白云石(MgCO3·CaCO3)、光卤石(KCI·MgC12·6HZO)、水镁石(Mg(OH)）。海洋、盐田、油田卤水中也蕴含这大量镁元素。工业革命以来铁、铜、铝等一些金属一直处于大量开发利用状态，其资源蕴储量也急剧下降。有人计算过，以目前的开产速度，铜跟铁会在200年内开产完[1]。相对看来，镁的开发利用还是比较晚，储备也够丰富完全有可能替代铁、铝等金属材料。我国的镁资源储量十分丰富，列居世界前茅，菱镁矿更占世界的60％以上[2]。开采也比较简单，多数可以在露天开采。在镁行业的发展中，我国占有着得天独厚的优势。
镁合金是镁与其他金属元素如铝、锌、铜、银、锰、稀土等合金化后得到的金属,其强度一般变大。镁合金主要分为四类：AZ系列（Mg-Al-Zn)、AM系列（Mg-Al-Si)、AS系列（Mg-Al-Si)、AE系列（Mg-Al-稀土）。其中工业生产应用中比较常见的一种AZ系列镁合金，其拥有很高的屈服强度和很好的铸造性能，适用于各个零部件。而AM系列延展性比较高，韧性好，适用于车轮，车门。AS、AE系列耐高温，适用于工作环境温度比较高的部件。
1.1.2镁合金的应用领域
1航空方面
镁合金密度小、比强度高，可以改善动力学性能，在航空航天行业中的应用拥有很大的前景。从火箭、卫星的表皮到内部零件卫星的外表壳体，镁合金都有很多应用[3]。
2武器方面
目前武器发展趋势是质量越来越轻,而镁合金的低密度正符合武器的发展趋势[4]。武器中镁合金的运用已经颇为广泛，如弹夹，瞄准器，冲锋枪托体等。但是，镁合金工作环境温度不宜过高，也不合适在腐蚀环境中运用。
3 医学方面
镁是一种亲生物体元素，人体血液中镁元素超过正常指标的2到3倍也不会有何问题。镁合金能做为人体植入材料，代替骨骼。但镁合金耐腐蚀性不是很好，目前镁合金做为人体植入材料植入人体技术还不够成熟[5]。
4烟花照明方面
镁在空气中燃烧时闪亮刺眼并有大量白烟，所以镁还能用于烟花行业和照明行业[6]。
1.2 微弧氧化工艺的概述
1.2.1微弧氧化的发展过程
20世纪的时候，一位叫Sluginov的人发现把金属浸入到电解液中并且通电后，会发生火花放电的现象[7]。在20世纪30年代左右,Gunterschulze和Betz第一次发表了在高电场下浸在液体里的金属表面出现火花放电的现象的说明，火花对氧化膜具有破坏作用。后来研究发现,利用此现象也可制成氧化膜,并最初应用在镁合金的防腐上[8]。大约从20世纪70年代开始,美国、德国、前苏联也开始研究微弧氧化技术。从文献上面来看，美国、德国、前苏联三个国家研究的方向不同，也很少相互交流。到了20世纪90年代这些国家开始重视该项技术的研究，很多大学、研究机构都开始微弧氧化的研究，论文数量也大量增多[9]。我国是90年代开始研究该技术的，目前蒋百灵等学者在该技术研究方面比较厉害。微弧氧化电源模式都有很多，很多数据表明，电源模式采用交流电源后，镁合金表明生成的微弧氧化陶瓷膜比采用直流电源生成的微弧氧化陶瓷膜层性能更为优秀[10]。
1.2.2微弧氧化的原理及特点
微弧氧化技术是一种新型的氧化技术，前身是阳极氧化技术。其实质是将镁铝钛等合金放置于电解液中，在强电场（高压）的作用中，阳极产生火花放电现象获得高温使得铝镁钛等金属式样表层的原子与电解液中游离的活化氧离子反应，生成具有陶瓷膜结构特性的氧化镁、氧化铝等陶瓷氧化层[9]。传统氧化技术如化学氧化，阳极氧化等得到的陶瓷膜硬度低、膜层薄，与基体结合力差，耐蚀性差，并且该技术处理过程中对环境污染非常大。微弧氧化技术突破了传统的氧化技术属于等离子电解沉积技术。其得到的膜层硬度高，膜层厚，耐热性好，耐蚀性好，与基体的结合力强，具有良好的绝缘性，并且制备过程简单、无污染，很大幅度的提高了铝镁等合金的性能。但是微弧氧化技术仍有很多缺点，如制备过程中使用的是高压耗能大，微弧氧化过程中基体表面产生高温电解液冷却慢，具有一定的噪音，还存在着高压用电安全，并且微弧氧化膜层是陶瓷相所以脆性比较大，承受不了过大的冲击载荷。
基体材料 镁钛铝等合金 多数合金
膜层最大厚度 200-300um 50-80um
膜层最大硬度 1500V以上 400-600
耐腐蚀性 好 一般
耐磨性 好 差
1.2.3微弧氧化的应用
微弧氧化膜层具有很好的耐热性、耐磨性，并且膜层与基体结合力强，不会因为过冷过热在基体与覆层之间产生间隙，用微弧氧化处理过的合金可以很好的应用于运载火箭、卫星或者汽车发动机上，在大量使用轻合金的国防工业、汽车工业及航空航天领域具有重大意义[10]。 微弧氧化膜层还具有很强的耐腐蚀性，结合一些基体合金的优点如钛合金的高韧性，能很好的应用于医学。目前已经广泛应用于骨科、整形外科、口腔等医学领域[11]。微弧氧化技术还在光学材料方面有着很大的应用，微弧氧化表面存在大量的微孔,陶瓷层表面呈现亚光色泽，对外来光线呈漫反射状态，该特性特别适用于灯具、照相机配件和显微镜配件等等[12]。现在有十几家厂商选用了该技术处理光学零部件。 总之微弧氧化膜优越的性能决定了它广泛的应用前景。
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