鎂合金微弧氧化膜電化學腐蝕行為及機理研究.pdf

1、微弧氧化技術是在普通陽極氧化基礎上開發(fā)的一種表面處理新技術，它通過等離子體化學、電化學和熱化學的共同作用，在Al、Mg、Ti等閥金屬表面原位形成陶瓷膜層，利用該技術制成的氧化膜結構致密，結合力強，具有優(yōu)良的綜合力學性能。本論文中，采用微弧氧化(MAO)技術在鎂合金AZ91D表面制備了厚度為30±2μm的微弧氧化陶瓷膜，該膜層由內部致密層和外部疏松層構成，其主要組成相為Mg2SiO4和MgO。利用電化學方法結合掃描電子顯微鏡、X射線衍射等

2、表面形貌結構分析方法，對該微弧氧化膜在不同環(huán)境中的腐蝕行為進行了研究，提出了相應的電化學阻抗譜的等效電路，并建立了腐蝕模型，為進一步推廣微弧氧化鎂合金的應用提供實驗和理論依據。
　　通過對鎂合金微弧氧化膜在中性NaCl溶液中的腐蝕行為的研究，發(fā)現該系統Stern-Geary公式中的B值約為0.04V。在3.5％ NaCl溶液中的腐蝕失效過程可以分成三個階段:腐蝕初期，NaCl溶液通過擴散滲入MAO膜外部多孔層并很快到達外/內層邊界

3、，侵蝕性離子(Cl-、H2O)向膜層內部滲透，氯離子優(yōu)先滲入MAO膜內部缺陷，置換了部分氧位，形成可溶性物質，對MAO膜層造成破壞并出現許多亞穩(wěn)態(tài)蝕孔;腐蝕中期，游離的Mg2+與H2O電解出的OH-結合生成Mg(OH)2，又由于部分MgO的水化作用，作為主要腐蝕產物的Mg(OH)2吸附至膜層表面，形成了“自封閉”效應，從而提高了對鎂合金基體的保護;腐蝕后期，H2O逐步滲透至基體表面，腐蝕產物累積逐漸增多，亞穩(wěn)態(tài)蝕孔橫向縱向逐步擴展，且相

4、互合并，微弧氧化膜表面出現穩(wěn)定的蝕孔。同時發(fā)現，鎂合金MAO膜在堿性NaCl溶液中具有較強的耐腐蝕性能;在酸性NaCl溶液中對鎂合金基體幾乎沒有任何保護作用。在濃度小于1.0％的中性NaCl溶液中浸泡時，鎂合金MAO膜腐蝕形式以全面腐蝕為主;在濃度大于1.0％的中性NaCl溶液中浸泡時，則以局部腐蝕為主。腐蝕速率隨氯離子濃度的增大而增大。并建立了如下數學模型:logIcorr=f（k）*（G+Ht）系數G、H與侵蝕性離子(Cl-)的濃度

5、有關;f（k）與MAO膜制備工藝有關。
　　鎂合金微弧氧化膜在0.1 mol/L Na2SO4溶液中具有較好的耐蝕性，隨著加入的Cl-濃度增加，腐蝕性增強。浸泡初期為全面腐蝕，120h后0.1 mol/LNa2SO4+3.5％NaCl混合液中出現明顯的點蝕孔。鎂合金微弧氧化膜在0.1 mol/LNaNO3存在的水溶液中，具有良好的耐蝕性;在堿性溶液中具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。在乙二醇-水溶液中的耐腐蝕性能隨乙二醇濃度增大而提高;當有腐

6、蝕性離子（Cl-與SO42-）存在時，對MAO膜有腐蝕作用;添加了0.2mol/L NaF后，由于生成了難溶于水的含氟晶體，填充了MAO膜的多孔層空隙，對鎂合金MAO膜起到了有效的緩蝕作用。隨溫度的升高，微弧氧化膜上的乙二醇分子逐步解析，氯離子代替乙二醇分子吸附至MAO膜層表面而導致腐蝕產生。Hank's仿生溶液對微弧氧化鎂合金的腐蝕主要是在氯離子點蝕作用下的局部腐蝕。
　　通過對WO42-、MoO42-、F-、SiO42-、PO

7、43-以及H2PO4-等6種陰離子對鎂合金微弧氧化膜在3.5％NaCl溶液中的腐蝕行為影響的研究，發(fā)現F-、SiO42-、PO43-和MoO42-具有緩蝕性，可抑制蝕孔的擴展，其緩蝕順序為PO43-＞F-＞ SiO42-＞MoO42-; MoO42-和H2PO4-有加速腐蝕的作用，加速順序為MoO42-＜ H2PO4-。產生這一結果的原因是在MAO表面活性點這些陰離子與氯離子發(fā)生了競爭吸附。
　　選擇恒壓模式，以正電壓為主要參數，