AZ91D镁合金微弧氧化膜相组成和性能研究.pdfVIP

AZ91D镁合金微弧氧化膜相组成与性能研究 郭歆聪卫中领沈钰夏颖陈秋荣徐乃欣黄元伟 (中科院上海微系统与信息技术研究所，金属腐蚀与防护技术中心，上海，200050) 摘要：通过自主研究的微弧氧化工艺在AZ91D镁合金表面获得了表面质量良好的复合陶瓷质 氧化膜。利用EPMA—EDS、XRD等表面分析手段，研究了微弧氧化膜层的截面形貌和相组成， 并采用NaCI溶液浸泡试验和中性盐雾试验考察了氧化膜耐腐蚀性能。结果显示，氧化膜分成内 外两层，外层为尖晶石型的Mg、A1的硅氧化合物陶瓷膜，具有坚硬的特点；内层为含少量硅 的Mg、AI复合氧化物，与基体结合牢固，结构致密，形成了硬度和韧性的良好组合。氧化膜 具有极佳的耐蚀性，性能优于铬酸盐阳极氧化膜。 关键词：镁合金微弧氧化相组成微结构性能 1前言 镁合金由于具有质轻坚固、阻尼抗震、易于回收等特点，近年来在航空、航天、交通、电 子、电动【具等领域应用广泛，尤其是作为汽车、摩托车部件和3C产品壳体。但它的耐蚀性 差，严重限制了其应用的发展。常用的化学氧化和阳极氧化形成的氧化膜对镁合金有一定的保 护作用，但是其耐蚀性、环境友好、外观等方面还不能令人满意，急需开发新的表面处理方法。 近年来，人们尝试开发了各种新技术，而微弧氧化技术较好地满足了上述要求。”“ 微弧氧化又称为微等离子体氧化，是近年来在普通阳极氧化的基础上开发的一种新技术。 它采用较高的能量密度，通过热化学、等离子体化学和电化学的共同作用，在AI、Mg、Ti等 有色金属表面原位形成陶瓷质氧化膜，极大地提高了金属的耐蚀、耐磨、绝缘等性能，具有广 泛应用前景。目前，国内外对于铝合金微弧氧化的研究较多，而对镁合金微弧氧化的研究较少。 我们经过多年的实验研究，自主开发了Simanode镁合金微弧氧化技术，获得了性能优良的微弧 氧化膜。本文主要研究了该膜层的相组成和性能特点。 2试验方法 试验材料选用铸态AZ91镁合金，它在镁合金铸件中使用最广，可铸性好，机械强度高。 试验J=}j 打磨后经RR．60l清洗剂脱脂，用纯水清洗后进行氧化处理。氧化液为含硅的碱性溶液，温度 20～40℃，处理时间5～60min。 行元素成份点分析。用D／max2550V型x射线衍射仪(Cu靶)进行氧化膜物相分析。耐蚀性 评价采_L}；』浸泡试验和中性盐雾试验两种方法进行。浸泡试验是在25℃，1％NaCI溶液中浸泡 流测厚仪测量膜层厚度。漆膜附着性能测试采用划格法。 3结果与讨论 3．1氧化膜微观结构与元素组成分析 001 —519— 图l、AZ91D镁合金微弧氧化膜横截面二次电子形貌 图l为AZ91D镁合金微弧氧化样品横截面的二次电子像。图中氧化膜厚度为20～25um， 可以清晰地看到，陶瓷质氧化膜分为内外两层，内层较为致密，与基体结合紧密；外部表面层 膜层内存在一些空穴，其直径为几个微米，这与微弧氧化过程中膜层不断起弧、气化、融合的 复杂过程有关。 利用电子探针仪配置的EDS对氧化膜内层和外层进行定点成份分析结果表明，外层主要含 有Mg、Al、Si、O等元素，这说明外层主要由Mg、Al的硅氧化合物组成；氧化膜内层也含有 Mg、AI、Si、O等元素，但硅的浓度要低得多，说明内部致密层为含少量si的Mg、AI复合氧 化层。显然，在微弧氧化过程中，还存在氧向基体层的渗透与扩散，使膜层向基体内部“生长”， 而形成致密的内氧化层，这个氧化层提高了陶瓷膜与基体的结合力。 3．2氧化膜XRD物相分析 图2、AZ91D镁合金微弧氧化膜x射线衍射图谱 微弧氧化后AZ91D镁合金试样表面的XRD分析表明，AZ91D镁合金微弧氧化膜的主体相 层为尖品ji型的Mg、AI硅氧化合物，具有坚硬耐磨的特点，而膜的内层为含有少量硅的Mg、 —-520—- A1复合氧化物，较为致密，与基体结合牢固，有良好的韧性。这种外硬内韧的双层陶瓷膜与镁 合金恃通刚极氧化的无定形相有着本质区别，也不同于立方结构的MgO相或M