positionontheperformanceofmicro-arcanodicoxidationfilmsformedonAM60Bmagnesiumalloy.doc

电解液成分对AM60B镁合金表面微弧阳极氧化膜性能的影响
摘要:通过覆盖陶瓷涂层来保护镁合金免于腐蚀和磨损,在这方面的众多研究中,微弧状态下阳极氧化强化体是其中的一种。电解液成分会影响阳极氧化的形态、成分以及在aggressive环境下的性能。这篇文章将讨论AM60B镁合金阳极氧化进程中,电解液成分和氧化物性能的影响。使用扫描电镜和x射线衍射技术来评估形貌、结晶组织和阳极氧化结构。运用电化学极化测试来评估镁合金涂层的耐腐蚀性行为。
1 引言
镁合金是结构材料中最轻的而且密度很低,但由于它的耐腐性差而没能广泛应用,尽管现在的镁合金中加入非常低含量的铁、铜和镍本质上提高了耐腐蚀性。在极端环境下,表面处理所要做的就是保护镁合金免于常规腐蚀和电腐蚀。有几种表面精加工技术可以提高耐腐蚀性,比如化学转换,电沉积,物理气相沉积,化学气相沉积,热喷涂以及阳极氧化。
在表面处理中,高压微弧阳极氧化技术是最新镁合金研究技术之一。依靠这种处理技术可以制的混合氧化物,其中包含的元素来自于基片和电解液,而混合氧化物显著地影响表面性能并有助于提高后处理涂料的粘着力,比如上油漆。最近,微弧阳极氧化处理涂层方面的研究更多的是关注电解液对涂层性能上的影响。我们都知道一些化合物比如磷酸盐和***化物可以形成稳定的产物,如Mg3 (PO4)2和MgF2,分别作为阻挡层并保护镁合金基片。包含磷酸盐、***盐和***化物的碱性溶液在镁合金微弧氧化中得到广泛应用。
此项研究中,微弧氧化是在强碱溶液中进行的,由于***化物具有毒性,所以避免使用***化物。即使溶液中没有***化物,通过调整电槽电压到合适范围,也可以使氧化物性能达到在有***化物溶液中制的的氧化物性能。已经研究了电解液成分对AM60B镁合金上沉积的阳极氧化物的表面形态和耐腐蚀性的影响。
2、实验

阳极氧化实验使用的是挪威海德鲁(表格1)提供的压铸AM60B合金Q-面板。试样大小为10cm× cm(),是从Q-面板上切下来的,再将其两面置于强碱溶液中阳极氧化,而这种强碱溶液是准备在Pyrex容器(KOH, Na3PO4, Al(NO3)3)中的ACS级试剂。两块AISI 316面板作为阴极。电解液是从Hsiao获得的,其成分不含***化物(表格2), mol dm−3。几个阳极氧化实验就是在不同的电压下实施的, 70, 80, 及 90 V,并测试了薄膜的表面形态和耐腐蚀性。
镁样品和阴极之间的距离大概是3-4cm。阳极氧化最初是放置在室温电解液中,4分钟内渐渐提高槽电压到恒定电压,并维持这一数值在6-11分钟(总时间在10-15分钟)。在槽电压上升过程中,会发现电极上有气体溢出。当超出临界槽电压(ca. 55 V),阳极表面就会出现各种电火弧。开始时,弧弧看上去很小而且转瞬即逝,但是在槽电压很高时,电火弧就会变得很强烈并覆盖整个阳极表面。而在最后几分钟,电火弧渐渐变弱知道消失。

当弧弧可以明显看见的时候,测试一下此时的电压,而它就是击穿电压。阳极氧化处理后,表面形态和元素组成将使用扫描电镜和能量扩散光谱仪(EDS)来测定。阳极氧化涂层的相组成通过使用x射线衍射方法测定(Bragg–Brentano几何学,Cu Ka1 Å,2θ=10°–90°,°,)。厚度测试是通过使用扫描电镜测量氧化薄膜的截面得到的。粗糙度测试使用的是激光轮廓测定法(UBM Microfocus, mmscan, 500 pp/mm according to DIN 4768)。电化学极化测试可用来评估腐蚀电流密度和腐蚀电位。未处理过的及阳极氧化过的试样的测量是在温度为25 °C,扫描速率为5 mV s−1,%的NaCl水溶液中进行的。极化测试中使用的传统的三极电解槽:铂网作为反电极,饱和甘***电极最为参照电极。

M的KOH、 M的Al(NO3)3电解液中,分别在三种不同电压70、80和90V下进行了几项阳极氧化实验,另外还测试了薄膜的表面形态和耐腐蚀性。
图1的显微照片可以看出,在70V电压下获得的试样,其表面覆盖了一层不均匀的很薄的薄膜:β相(Al12Mg17)的击穿电压要比α相高,所以β相被遗留了下来而没有被覆盖(图1所示试样表面的网状物)。
在电压为80V时的阳极氧化下,电火弧在表面任意移动,而持续的电火弧产生了较大的空,结果致使氧化物通过较大的空渗透进来。在此电解槽电压下,表面可以被覆盖的更均匀。观察在90V电压下获得的阳极氧化物,会发现由于电火弧的作用使得表面局部被腐蚀。在80V电压制的的试样上进行电化学极化测试