[00336466]镁合金微弧氧化膜形成机制及高耐蚀性工艺研究

镁合金以其质量轻、比强度高等优异性能,在汽车、电子通信、*和国防军事等领域具有极其重要的应用前景,被誉为“21世纪绿色工程材料”。但镁合金极易被腐蚀,这一直是影响其规模应用的关键技术瓶颈。微弧氧化是一种有效的镁合金表面处理技术,影响氧化膜性能的主要因素有电解液组成和浓度、电参数、基体材料等。微弧氧化反应历程非常复杂,包括电化学、等离子体化学和热化学反应发生,电解质通过这些复杂的反应参与陶瓷膜形成过程。为进一步提高氧化膜耐蚀性,清晰成膜机制、遴选高效环保电解质、制备复合涂层非常有意义。 为适应“低碳时代”发展模式,“绿色表面处理”将是今后发展的根本原则。开发环保型微弧氧化工艺虽已引起人们重视,但氧化膜耐蚀性却有待提高。目前微弧氧化使用的电解质主要是无机物类;遴选高效环保有机电解质,清晰其对氧化膜耐蚀性影响是目前研究重点之一。植酸（Phytic acid）以植酸盐形式广泛存在于天然植物种子、胚芽和米糠中,也存在于动物有核红细胞内。植酸具有很多生理活性和保健功能,可用作抗癌剂、食品抗氧化剂和保鲜剂、鱼饲料以及金属防腐剂等。第一候选人前期经过大量实验,首次发现环保型有机物植酸能显著改善镁合金微弧氧化膜耐蚀性,以第一申请人申请两项国家发明专利并获授权。在国家自然科学基金资助下,本项目开展的工作有： （1） 在含植酸电解液中,阐明了在两相镁合金上（α相和β相）氧化膜形成过程。微弧氧化是一个基体金属溶解和氧化膜生成的竞争过程。氧化膜的形成是不均匀的,首先在离β相很近的α相上、然后在远离β相的α相上形成。随着氧化时间延长,氧化膜越来越厚,微孔孔径增大。电火花最初在试样边缘放电,然后火花覆盖整个试样表面,而且分布越来越均匀。 （2） 在含植酸和硅酸钠两种微弧氧化溶液中,研究了两步氧化时氧化膜形成过程。已形成氧化膜的样品在第二次微弧氧化时,开始是旧膜先溶解;而氧化1分钟后,新膜开始形成。首次发现这是一个旧膜溶解和新膜形成相互竞争的过程,并发现氧化顺序对氧化膜表面形貌和厚度影响很大,为进一步改善氧化膜耐蚀性提供新的思路和理论依据。 （3） 在仅含10 g/L NaOH基本溶液中,最早将环保型有机电解质植酸用作镁合金微弧氧化电解质并研究了植酸浓度对微弧氧化膜性能影响。植酸可降低溶液电导率,增加氧化终电压,有利于氧化膜形成。在植酸溶液中生成的氧化膜致密、微孔均匀且孔的尺寸小,具有优异耐蚀性,表明植酸是一种有效的镁合金微弧氧化电解质。 （4） 在含 10 g/L NaOH和12 g/L植酸基本溶液中,研究了硅酸钠对氧化膜表面形貌、成分、结构和耐蚀性影响。结果表明硅酸钠能增加氧化膜厚度,从而能进一步改善氧化膜耐蚀性,清晰适当浓度硅酸钠和植酸可共同改善氧化膜耐蚀性。 研究成果被权威期刊Progress in Materials Science文章 （2014, 60: 1-71）、ACS Applied Materials and Interfaces、Electrochimica Acta、Corrosion Science等在内的SCI论文他引200次;同时氧化表面积约为0.76 m2的中华汽车轮毂以及摩托车零件,氧化膜均匀、致密地生长在工件表面,耐蚀性好且外观美丽,为镁合金工业应用打下良好基础。2009年江西省教育厅课题“环保型镁合金微弧氧化工艺的研究”鉴定结题时,与会专家认为“把植酸用于镁合金微弧氧化及封孔工艺,在开发环保型高性能氧化膜上具有创新性,在镁合金微弧氧化有机电解质的研究方面处于国内领先水平”。