AZ91D镁合金微弧氧化着色的制备及研究[20200413193843]
摘要
本论文采用微弧氧化技术在广泛使用的AZ91D镁合金表面制备陶瓷膜，并着重优化电解液配方工艺和着色工艺。以铝酸钠、氟化钠、氢氧化钠为主溶液体系，通过单因素法优化电解液参数，确定陶瓷膜的最佳工艺，并添加着色盐高锰酸钾和五水硫酸铜，制成彩色微弧氧化陶瓷层。研究各因素对微弧氧化陶瓷膜性能的影响规律。利用SEM和XRD等表征手段，以及氯化钠盐水浸泡试验等分析测试方法，对陶瓷膜的表面形貌、结构和耐腐蚀性能等进行表征。
结果表明，镁合金微弧氧化膜在如下的工艺参数下能得到较好的性能。基础微弧氧化膜：NaAlO2(12g/L)、NaOH(2g/L)、NaF(5g/L)；棕色氧化膜：NaAlO2(12g/L)、NaOH(2g/L)、NaF(5g/L)、KMnO4(0.5g/L)、柠檬酸(1.5g/L)；黑色氧化膜：NaAlO2(12g/L)、NaOH(2g/L)、NaF(5g/L)、CuSO4·5H2O(0.5g/L)、柠檬酸(1.0g/L)。通过EDS分析，氧化膜层是由Mg、Al、和O为主要元素组成。经过NaCl中性耐腐蚀性能实验分析膜层的耐腐蚀性能，腐蚀速率为0.1417 ×10-3g/h·cm2。
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关键字:微弧氧化AZ91D镁合金着色工艺
目 录
1. 绪论 1
1.1 镁及其合金概述 1
1.2 镁及镁合金的应用 1
1.3 镁合金表面防护技术 3
1.3.1 化学转化 3
1.3.2 阳极氧化 3
1.3.3 金属电镀 3
1.3.4 有机涂敷 4
1.4 微弧氧化技术 4
1.4.1 概述 4
1.4.2 技术原理 5
1.5 本课题研究的内容与意义 7
2. 实验部分 8
2.1 实验材料、药品 8
2.1.1 基体 8
2.1.2 药品试剂 8
2.2 实验设备 8
2.3 基本步骤 9
2.3.1 前处理工艺 9
2.3.2 电解液配置 10
2.3.3 微弧氧化 10
2.3.4 试样后处理 11
2.4 课题技术路线设计 11
2.5 微弧氧化陶瓷层性能测试 12
2.5.1 陶瓷层外观等级评价标准 12
2.5.2 陶瓷层厚度的测定 13
2.5.3 耐蚀性的评价 13
2.5.4 XRD物相分析 14
2.5.5 SEM形貌观察 14
3. 结果与讨论 15
3.1 引言 15
3.2 电解液体系的影响 15
3.2.1 铝酸盐的影响 17
3.2.2 NaF的影响 17
3.2.3 NaOH的影响 18
3.3 微弧氧化时间对陶瓷层性能的影响 18
3.4 棕色微弧氧化陶瓷膜的制备及表征 19
3.4.1 KMnO4的影响 19
3.4.2 XRD物相分析 20
3.4.3 微观形貌 21
3.4.4 耐蚀性测试 23
3.5 镁合金黑色陶瓷膜的制备 24
3.5.1 CuSO4·5H2O、柠檬酸浓度对膜层质量的影响 24
3.5.2 XRD物相分析 25
3.5.3 微观形貌 26
3.5.4 耐蚀性测试 27
3.6 结论 28
参考文献 29
致谢 30
1. 2. 绪论
2.1 镁及其合金概述
镁元素在地球上的储量十分的丰富，地壳中的镁含量约为2.35%,排名第八，海洋中的镁元素含有约为2100万亿吨。镁资源在中国含量位居世界首位，因此,在很多金属逐渐枯竭的今天,镁金属材料的开发与利用是实现可持续发展的重要措施之一[1]。
镁的密度约为钢铁材料的1/4，铝及其铝合金的2/3，是轻型金属结构材料之一。镁的制造与利用可以极大减轻构件的重量。镁合金由于热处理之后，其性能大大增强[2]。
（1）比强度：铸造镁合金的比强度大于铝合金和钢,略低于纤维增强塑料；比刚度与铝合金和钢相比几乎相同，并且远高于纤维增强塑料；
（2）耐冲击：镁合金的冲击振动负荷较大、减振性能好；
（3）切削性：机械加工性能优良,有优良的切削工艺且加工成本低，尺寸稳定；
（4）导热、导电性：除金属导热、导电性外，镁合金的低温性能也出色；
（5）电磁相容性：电磁屏蔽性好；
（6）环境友好性：可回收再利用,对环境的污染较小。
由于以上这些优良性能,镁合金的不断扩大应用范围，如今已经成为第3大金属应用材料，并被誉为21世纪最富有应用潜力的“绿色工程材料”[3]。
2.2 镁及镁合金的应用
最近10年以来,国内外广泛关注着镁和镁合金的研发与使用,以每年15%以上的速度的快速发展着镁合金。如今，汽车制造、航空航天、电子通讯工业、军事以及核能等工业部门已经广泛使用镁合金。
“轻量化”是汽车不变的主题。镁合金由于其特性，是汽车行业最具吸引力的结构材料之一。镁合金可制造汽车发动机、车体、轮毂、方向盘及盘轴、座架、仪表盘、变速箱等部件。汽车在运用镁合金后，车身便减重了17%~20%,而车辆每减轻100kg的重量,燃料的消耗就可以降低5%。当今能源紧缺，环境问题突出，镁合金的大量应用对于节约地球能源、降低废气排放、实现可持续发展具有重要的意义[1]。在国内，一汽集团的红旗、捷达、宝来等轿车正逐步用镁合金材料的零部件代替不锈钢材料，以提高产品的技术竞争力[4]。
在航空航天事业和军工业中，镁合金材料可用于飞行器机身、马达和起落架,火箭、导弹以及发射支架,卫星与探测器,电磁套罩,雷达的电子装置以及地面控制等等。由镁合金制造的MD600直升机的主传动装置可提高其水平旋翼系统；镁合金制造的太空船和卫星相比其他材料能较快适应太空运行的糟糕环境[5]。
电子工业是当今发展最为迅速的行业,各类数码产品的不断涌现正是由于数字化技术发展导致的,如今，便携性成为这些产品好坏的评判标准之一。便携式计算机、数码相机、手机、平板等不断发展和演变，轻便也就成为了数码产品便携性的核心标准，因此，最理想的电子产品外壳材料非镁合金莫属了[1]。采用镁合金的性能能使数码产品壳体轻量化、辅助散热、电磁相容性，镁合金在工艺上因金属的优良切削性能，加工工序较少，虽然不能与塑料相比，但镁合金可以回收利用，并且对环境友好[5-6]。
随着镁合金性能的不断增强，其应用范围不断扩大，镁合金大规模开发和利用的时代已经到来，全世界正掀起一股研究与利用镁合金的潮流[2]。
我国拥有大量的镁资源,但镁资源以出口方式而非开发应用，是由于镁元素是所有金属工程材料中电位性最强的（有很高的化学活泼性）,极易被氧化形成氧化膜。与铝不同的是，镁在空气中形成的自然氧化膜，疏松且极易脱落,这导致了镁合金的耐蚀性较差，其应用受到极大的限制[1]。资源出口对我国环境的破坏影响巨大。为加大本土企业使用镁合金，增强技术优势，累积优势利润，镁合金的综合利用和技术研究必须大力开发[3]。
进入21世纪，国家及其重视镁合金的开发与应用，先后于2006年科学技术部将“镁及镁合金关键技术开发与应用”项目列入“十一五”国家科技支撑计划；2007年，在国家“211”和“985”工程的支持下，“国家镁合金材料工程技术研究中心”批准组建；2013年3月，以重庆大学为主的各大高校正式启动国家973计划项目“低成本、高延展性高强镁合金材料基础研究”；2013年11月，“国家镁合金材料工程技术研究中心产业化基地”正式揭牌。
尽管镁合金的应用不断发展，但其发展的核心依旧是成熟的表面加工技术[3]。镁合金必须要拥有良好的表面防护，才能大规模的作为结构材料或壳体。因此提高镁合金的耐蚀性，成为充分发挥镁合金的独有的特性,更好地服务人类的重要因素[2]。
提高镁合金耐蚀性的方法主要有以下几类:
(1)开发高纯合金或新合金；
(2)快速凝固技术(RSP)；
(3)表面改性技术包括离子注入表面改性和激光表面处理；
(4)化学、电化学处理包括化学氧化、阳极氧化、磷化处理等。
镁合金表面防护技术处理技术因镁合金的不足而快速发展起来。

原文链接：http://www.jxszl.com/hxycl/jscl/6502.html