氧化时间对MB8镁合金微弧氧化膜的影响

第27卷 第6期

航 空 材 料 学 报

JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALS

Vol 27,No 6 December 2007

2007年12月

氧化时间对MB8镁合金微弧氧化膜的影响

赵 晴, 胡 勇, 杜 楠

(南昌航空大学材料学院,南昌330063)

摘要:研究氧化时间对MB8镁合金氧化膜致密度、厚度和耐蚀性的影响,分析不同氧化时间膜层表面微观形貌、成分和结构的变化。结果表明,随微弧氧化时间的延长,氧化膜变厚变粗糙,氧化时间为10min时,膜层腐蚀速率最低。微弧氧化初期膜层主要由立方结构的MgO构成,随氧化时间的延长,斜方晶体结构的Mg2(SiO4)和单斜晶体结构的Mg(PO3)2在膜层中的含量逐渐增加。关键词:镁合金;微弧氧化;耐蚀性;氧化时间

中图分类号:TG174 45 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2007)06-0055-04

镁合金具有重量轻、储量丰富、比强度高、减震

性好等一系列优点,是理想的环保、节能材料,近年备受人们关注

[1,2]

采用浸泡法测量膜层的腐蚀速率,浸泡温度为

(35 1) ,腐蚀介质为3 5%(w%t)的NaCl溶液,实验周期为96h。采用AUTOLAB电化学工作站测量微弧氧化膜的极化曲线和交流阻抗,腐蚀介质为

2

3 5%NaCl溶液,温度(25 1) ,测试面积1cm,测量极化曲线的扫描速度10mV/s。交流阻抗的测量条件为开路电位下施加振幅为5mV的正弦波电位扰动,扫描频率10kHz~0 01Hz。氧化膜的表面微观形貌用QUANTA-200型扫描电镜观察。

。目前工业应用的镁合金大部分

是铸造镁合金,而变形镁合金经过挤压、扎制和锻造等工艺后具有比相同成分的铸造镁合金更高的力学性能。用变形镁合金制成的薄板、棒材、管材和型材具有更低成本、更高强度和延展性以及多样化的力学性能优点,因此具有广阔的应用前景。

阻碍变形镁合金在航空上广泛应用的关键是在大气中容易产生腐蚀,采用微弧氧化方法所得膜层与基体结合力强,可以大大提高耐蚀性

[3~5]

。目前

2 结果与讨论

2 1 氧化时间对膜层厚度及腐蚀速率的影响 微弧氧化处理时间对氧化膜厚度的影响很大,随着氧化时间的增加,膜层厚度急剧增加。从图1可以看出,氧化时间10min以内时,膜层腐蚀速率随时间的增加而降低,当处理时间达到15min时,膜层在生长时形成的微孔变大,使耐蚀性降低,膜层的腐蚀速率随氧化时间的增加而变大。

人们对变形镁微弧氧化膜的生长过程研究较少,有研究表明,膜层的缺陷随微弧氧化时间的增加而增多

[6]

,但氧化时间过短则膜层太薄,不能对镁合金

表面起到有效的保护作用。因此,本工作着重研究氧化时间与膜层结构及耐蚀性的关系,为MB8镁合金表面获得优良的微弧氧化膜提供依据。

1 试验方法

试验材料为MB8镁合金,化学成分(w%t):Mn1 3~2 2,Zn0 3,Al0 2,Ce0 1~0 35,Cu0 05,Ni0 07,余量为Mg。微弧氧化试样规格为50mm 30mm 1mm,电解液为碱性硅酸盐-磷酸盐体系,试验采用自行研制的15kW高频高压微弧氧化电源。

收稿日期:2007-02-12;修订日期:2007-04-10

作者简介:赵晴(1957 ),女,教授,主要从事金属材料表面腐蚀与防护研究工作,(Email)z_haoqing@sina com。

图1 微弧氧化时间对膜层厚度及腐蚀速率的影响Fig 1 Effectsofmicro-arcoxidationtimeonthickness

andcorrosionrateofthecoating

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2 2 氧化时间对膜层形貌及极化性能的影响 图2是MB8镁合金不同氧化时间膜层的表面微观形貌。图3是不同微弧氧化时间膜层的极化曲线。由图可知,微弧氧化膜由一个个 小山堆 和一个个小孔洞组成, 小山堆 之间存在少量细微颗粒和裂痕。微弧氧化5min时,由于膜层较薄,微弧氧化起弧电压低,放电火花小,所以生成熔融物少,扩

散面积小,放电通道形成小孔洞周围冷却造成膜层表面有大量微孔和 小山堆 ,膜层腐蚀电流密度icorr较大,为7 563 A/cm。随着氧化时间延长,微弧氧化起弧电压升高,生成的熔融物增多,膜层厚度增大,膜层上孔洞和 小山堆 逐渐变少变大,氧化10min后膜层致密度较好,膜层腐蚀电流密度降到1 952 A/cm,

耐蚀性提高。

2

2

图2 微弧氧化时间对膜层表面形貌的影响

Fig 2 Effectsofmicro-arcoxidationtimeonsurfacemicro-topographyofthecoatings

(a)5min;(b)10min;(c)15min;(d)20mi

n

而增多

[6]

。膜层的腐蚀电流密度分别增大为

2

2

2 701 A/cm和15 11 A/cm,膜层耐蚀性下降。由表1可知,未经微弧氧化处理的镁合金腐蚀电流密度icorr为107 6 A/cm,腐蚀电流密度远高于经

过微弧氧化处理的镁合金。

图4为氧化膜层截面微观形貌,可以看出,微弧氧化膜由过渡层、致密层和多孔层组成,氧化膜与镁合金基材结合部的过渡层界面无明显裂痕,氧化膜结合力合格。

图3 未经微弧氧化试样的极化曲线Fig 3 Polarizationcurveofblanksample

2

2 3 不同氧化时间膜层的交流阻抗

图6是经不同氧化时间的微弧氧化膜的交流阻抗。由膜层的EIS图可知,镁合金在微弧氧化处理

10min时膜层的容抗弧半径比处理时间为5min和15min时都要大,且处理10min时膜层的阻抗模值也最大,所以镁合金试样经微弧氧化处理10min时氧化膜的耐蚀性比处理时间为5min或15min的要好。

氧化时间增至15min和20min,微弧放电火花变得剧烈,放电通道变大,成膜时生成的大量熔融物堆积在放电通道口的周围,来不及全部扩散就被电解液冷却,膜层变粗糙。由于陶瓷膜的脆性较大,火花击穿陶瓷膜层产生的应力使周围的膜层出现裂痕并有相连的趋势。此外,熔融物快速凝固时热应力过大也会引起裂纹,并且随着氧化膜层厚度的增大

第6期氧化时间对MB8镁合金微弧氧化膜的影响

表1 不同微弧氧化时间膜层极化曲线拟合结果

Tab1e1 Fittingresultsofpolarizationcurveofdifferentmicro-arcoxidationtimes

57

CurveinFig 5Oxidationtimes/min

1234

5101520

icorr/ A cm-2

107.607.5631.9522.70115.110

Ecorr/V,SCE-1.567-1.390-1.410-1.365-1.510

bc/V,SCE0.1570.2130.1080.1600.267

ba/V,SCE0.0700.5330.2050.4350.062

Rp/ 103 0.1968.73415.7418.791.

446

2 4 膜层生长过程的相结构

由图7可知,微弧氧化膜生长初期主要成分为MgO相,氧化时间延长到15min,膜层中的Mg2

(SiO4)相开始出现衍射峰。氧化时间延长到30min时,膜层中又出现Mg(PO3)2相的衍射峰,说明微弧氧化膜层中MgO,Mg2(SiO4)和Mg(PO3)2三种物相的含量随着氧化时间的延长而增加,MgO为立方晶体结构,Mg2(SiO4)为斜方晶体结构,Mg(PO3)2为单斜晶体结构。膜层中Mg衍射峰出现过高的原因是由于X射线穿透膜层后直达基材,随着氧化时间的延长,膜层厚度也增大,Mg的衍射峰逐渐减弱。此外,

膜层中还存在一些不定形相。

图7 微弧氧化膜层X射线衍射谱Fig 7 XRDpatternofmicro-arcoxidationcoating

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参考文献:

第27卷

3 结 论

(1)微弧氧化膜由过渡层、致密层和多孔层组成,氧化时间越长,膜层厚度越大,表面越粗糙。膜层浸泡实验、极化曲线和交流阻抗研究表明,氧化时间为10min时膜层耐蚀性较好,与基材结合紧密。

(2)XRD表明,微弧氧化膜初期,膜层主要由Mg和立方结构的MgO物相组成,随着氧化时间的延长,膜层中先后出现Mg2(SiO4)和Mg(PO3)2两种相,其中Mg2(SiO4)为斜方晶体结构,Mg(PO3)2为单斜晶体结构。MgO,Mg2(SiO4)和Mg(PO3)2三种相随氧化时间的延长含量增加,Mg含量减小。

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EffectsofOxidationTimeonMicro-ArcOxidationCoating

ofMB8MagnesiumAlloy

ZHAOQing, HUYong, DUNan

(NanchangInstituteofAeronauticalTechnology,Nanchang330063,China)

Abstract:Theeffectsofoxidationtimeonthedensity,thicknessandcorrosionresistanceofthemicro-arcoxidationcoatingsofMB8

magnesiumalloywereinvestigated.Thechangesofthemicro-topography,componentandstructureofthecoatingswithdifferentoxid-izingperiodswereanalyzed.Theresultsshowthatthecoatingthicknessincreaseswiththeprolongedoxidationtime,butthecoatingsur-facegetsrough.Thecorrosionrateofthecoatingislowestwhentheappropriateoxidationtimeis10min.Initiallythecontentofthem-icro-arcoxidationcoatingismainlycomposedofcubicstructureMgO,withtheoxidationtimeprolonged,bothMg2(SiO4)withortho-rhombiccrystalstructureandMg(PO3)2withmonocliniccrystalstructureincreasegraduallyinthecoating.Keywords:magnesiumalloy;micro-arcoxidation;corrosionresistance;oxidationtime

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/g081.html