铝酸钠体系镁合金微弧氧化工艺的研究

作者:隋艳 刊名:山东化工 上传者:王嘉萱

【摘要】在含有NaAlO2的电解液中对AZ31B镁合金进行微弧氧化研究。分别讨论了NaAlO2、NaOH、NaF的浓度对微弧氧化膜外观及膜厚的影响,结果表明:铝酸钠为20 g/L、氢氧化钠为5 g/L、氟化钠为7 g/L时能够得到均匀发亮的微弧氧化膜。采用扫描电子显微镜观察了镁合金微弧氧化陶瓷膜的微观形貌,在微弧氧化膜的表面存在许多孔洞。

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镁合金具有密度低(1.74g/cm3)、比强度和比刚度高、减震性好、导电导热性好、磁屏蔽性能优良等特点,在汽车、航空航天、电子产品壳体以及汽车工业有着广泛的应用前景[1]。但镁的化学和电化学活性较高,在潮湿的气氛中极易发生点腐蚀,而导致其耐蚀性较差[2]。因此,提高镁合金的耐蚀性是镁合金应用的关键问题。镁合金的表面处理方法很多,其中微弧氧化技术是近年来应用的新方法,它突破了传统阳极氧化工作电压的限制,将工作区域引入到高电压放电区,通过微区瞬间高温烧结作用,能够在铝、镁、钛等有色金属表面原位生长陶瓷膜,已成为一种很有前途的镁合金表面处理技术。镁合金微弧氧化的电解液体系主要有硅酸盐体系[3]、磷酸盐体系[4]、铝酸盐体系[5]等。目前,文献中采用硅酸盐体系和磷酸盐体系对镁合金进行微弧氧化研究的较多,而采用铝酸盐体系的较少。因此,本文以铝酸钠为主成膜剂研究适合AZ31B镁合金的微弧氧化工艺。1实验材料及方法1.1实验材料及试剂实验采用型号为AZ31B的镁合金,将镁合金裁剪为40253mm3的试样,经水磨砂纸打磨、丙酮除油、酸洗去除自然氧化膜后进行微弧氧化。实验所需试剂均为分析纯。1.2实验方法以AZ31B镁合金试样为阳极,采用不锈钢制作的电解槽盛装电解液,并兼做阴极,电解液组成为铝酸钠、氢氧化钠、氟化钠,温度控制在40以下,以电流密度为2.0A/dm2的恒电流方式进行微弧氧化操作,微弧氧化时间为20min。采用HCC-25A数字式电涡流测厚仪测量微弧氧化陶瓷膜的厚度,每个试样测量10次,取平均值作为最终结果;利用扫描电子显微镜(日立,S570)观察陶瓷膜的微观表面形貌。2结果与讨论2.1铝酸钠浓度对微弧氧化膜的影响铝酸钠是镁合金微弧氧化过程的主成膜剂,其含量对微弧氧化膜的外观及厚度有较大的影响。研究了NaAlO2浓度分别为5,10,15,20,25g/L时对微弧氧化膜的影响规律,结果见表1。其他实验条件:NaOH浓度7g/L、NaF浓度5g/L、电流密度2A/dm2、时间20min。表1铝酸钠浓度对微弧氧化膜的外观及厚度的影响NaAlO2浓度/(g/L)510152025外观粗糙表面发花粗糙不均匀较光滑均匀光滑均匀光滑较均匀厚度/m6.712.315.918.617.5从表1可以看出,当铝酸钠含量较低时,膜层外观较差,微弧氧化膜的厚度随着铝酸钠浓度的增加而增厚,当铝酸钠浓度为20g/L时,微弧氧化膜的外观最好,厚度最大,容易发生严重的尖端放电现象。因此,选择NaAlO2含量为20g/L。2.2氢氧化钠浓度对微弧氧化膜的影响研究了NaOH浓度分别为1,3,5,7,9g/L时对微弧氧化膜的影响规律,结果见表2。其他实验条件:NaAlO2浓度20g/L、NaF浓度5g/L、电流密度2A/dm2、时间20min。表2氢氧化钠浓度对微弧氧化膜的外观及厚度的影响NaOH浓度/(g/L)13579外观粗糙表面发花粗糙不均匀光滑均匀较光滑均匀粗糙较均匀厚度/m15.916.817.818.618.5从表2可以看出,氢氧化钠的加入可以改善微弧氧化膜层的外观,但当氢氧化钠浓度超过5g/L后,尖端放电现象加剧,因此膜层又变得粗糙。氢氧化钠对膜厚没有太大的影响。因此,适宜的NaOH含量为5g/L。2.3氟化钠浓度对微弧氧化膜的影响研究了NaF浓度分别为1,3,5,7,9g/L时对微弧氧化膜的影响规律。结果见表3。其他实验条件:NaAlO2浓度20g/L、NaOH浓度5g/L、电流密度2A/dm2、时间20min。表3氟化钠浓度对微弧氧化膜的外观及厚度的影响NaF浓度/(g/L

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