鎂合金微弧氧化陶瓷層的制備及膜-基結合性能研究.pdf

1、為了探究鎂合金微弧氧化陶瓷層制備工藝、力學性能及膜/基的結合性能，本課題主要研究了不同電解液體系對鎂合金微弧氧化陶瓷層性能的影響，其中在磷酸鈉體系中重點研究了Na3P04、NaOH、(NaP03)6和KF對微弧氧化參量(起弧電壓、穩(wěn)定電壓)和陶瓷層性能(厚度、硬度、粗糙度、組織形貌、相結構、相組成)的影響規(guī)律。得到了制備性能優(yōu)良陶瓷層的最佳電解液方案，獲得了陶瓷層在力學及膜/基結合性能上的一些規(guī)律性資料。主要研究結果如下：
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2、、不同的電解液體系對陶瓷層性能的影響
　　(1)隨著氧化時間不斷延長，陶瓷層厚度不斷增厚。試驗結果表明：在相同時間內磷酸鈉電解液體系中制備的陶瓷層硬度最大，偏鋁酸鈉體系次之，硅酸鈉體系最小。
　　(2)在Na3PO4、NaAlO2、Na2SiO3體系中經(jīng)微弧氧化后，Mg合金材料表面耐腐蝕性分別提高了12.09倍、5.41倍、2.67倍。研究表明：Na3PO4為主成膜劑的電解液中生成的陶瓷層耐腐蝕性能最好。
　　2、Na

3、3PO4體系中電解液成分對陶瓷層性能的影響
　　(1)隨著Na3P04濃度的增加，陶瓷層的增長速率呈先增后減趨勢，當Na3P04濃度為15g/L時最有利于陶瓷層的生長。
　　(2)隨著NaOH濃度的增加，起弧電壓和工作電壓均隨之降低。研究表明：當NaOH濃度為1.5g/L時，生成的陶瓷層性能最好。隨著NaOH濃度的增加，陶瓷層厚度隨之減小，硬度隨之增加。
　　(3)隨著(NaP03)6濃度的增加，陶瓷層中MgO的相對含

4、量增加、厚度隨之增加、硬度呈先增后減趨勢。試驗結果表明：當(NaP03)6濃度為8g/L時，所制備的陶瓷層硬度最高。
　　(4)通過對磷酸鈉體系電解液成分的研究，得出了最佳的電解液配比方案：Na3P04(15g/L)+NaOH(1.5g/L)+(NaPO3)6(8g/L)+KF(10g/L)。陶瓷層由疏松層和致密層組成，主要含有Mg、MgO和Mg3(PO4)2相。
　　3、基體和陶瓷層的力學性能
　　(1)采用拉伸法測

5、量鎂合金基體的彈性模量，可得鎂合金彈性模量E=50.6GPa，泊松比ν=0.3。采用三點彎曲法測量陶瓷層的彈性模量，可得微弧氧化陶瓷層彈性模量E=127.4GPa,泊松比ν=0.3。
　　(2)研究了厚度在20-60μm之間陶瓷層彈性模量與厚度、顯微硬度之間的關系，試驗表明：陶瓷層的彈性模量隨著陶瓷層厚度、顯微硬度的增加均呈增大趨勢。
　　4、膜/基結合性能研究及有限元模擬
　　(1)劃痕過程中聲發(fā)射信號出現(xiàn)三次突變，

6、第一次突變原因為劃痕初期陶瓷層間有微小的裂紋引起；第二次突變是因為劃痕過程中壓頭附近的膜層開裂和微小剝落所致；第三次突變是由于壓頭和基體接觸，此時膜層出現(xiàn)大面積的崩落和破碎。
　　(2)隨著陶瓷層厚度增大，臨界載荷先增大后減小，略呈現(xiàn)開口向下的拋物線規(guī)律。當陶瓷層厚度達到40μm時，臨界載荷趨近于55N。
　　(3)通過ABAQUS軟件模擬陶瓷層厚度在10-30μm之間膜/基結合力，可以發(fā)現(xiàn)：在橫向位移下，隨著陶瓷層厚度的增