1、鎂是最輕的金屬之一,其密度只有1.7g/cm3。鎂合金還具有較高的比剛度、電負性、導(dǎo)熱性和很好的電磁屏蔽性等方面的優(yōu)點,在航空航天、電子通訊領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。同時由于鎂的標準(平衡)電極電位非常負。且鎂表面氧化膜離散、疏松多孔,導(dǎo)致其在中性、酸性和海洋性環(huán)境中的耐蝕性能極低,只有在pH>10.5(飽和Mg(OH)2的pH值)的溶液中才具有較好的耐蝕性能。因此,提高鎂合金的耐蝕性能就成為了具體開發(fā)和應(yīng)用鎂合金的核心問題。 本論文主要

2、是在實驗室前期已獲得較穩(wěn)定氧化液的工作基礎(chǔ)上,采用極化曲線、掃描電鏡、XRD和電化學(xué)阻抗譜等方法,研究添加磷元素對鎂合金AZ91D陽極氧化的影響；自行研制了一種大功率脈沖方波電源,可實現(xiàn)占空比、頻率和電壓的調(diào)制,并應(yīng)用AZ91D鎂合金的陽極氧化；最后還采用電化學(xué)阻抗譜方法研究了幾種典型氧化膜在NaCl溶液中的失效過程。 常用的鎂合金陽極氧化添加劑包括硼酸鹽、鋁酸鹽、硅酸鹽和磷酸鹽等。硼酸鹽和鋁酸鹽可以促進氧化膜的生長,硅酸鹽可加

3、強陽極氧化時的火花放電,磷酸鹽有利于內(nèi)層膜的生長等。同時研究這些添加劑相互協(xié)同作用,以及對氧化膜層性能影響的文獻報道很少。本實驗采用在含硼酸鹽的堿性氧化液中加入10.0 g·L-1硅酸鈉和10.0 g·L-1鋁酸鈉的基礎(chǔ)上,研究不同濃度磷酸鹽(磷酸鈉和多聚磷酸鈉)對鎂合金AZ91D陽極氧化的影響。實驗結(jié)果表明鋁酸鹽、硅酸鹽和磷酸鹽的協(xié)同作用下,AZ91D鎂合金氧化膜膜面致密,燒結(jié)現(xiàn)象明顯,膜層的主要成份為MgO和MgAl2O4等,自腐蝕

4、電流密度降低至1×10-8A/cm2左右。 采用自制大功率交變脈沖方波電源對鎂合金AZ91D進行陽極氧化,可設(shè)置的參數(shù)包括波形模式、頻率、占空比和電壓。分別討論了交變方波、單向方波和直流三種波形的影響,并通過掃描電鏡(SEM)、極化曲線和XRD等對所得氧化膜進行表征和比較。初步探明了電源各參數(shù)對陽極氧化過程的影響,并在電壓為200V,頻率為2kHz,占空比為0.5的電源參數(shù)下獲得了表面致密,孔徑小的氧化膜。相比于交流電源制備的氧

5、化膜,脈沖電源制備的氧化膜在NaCl溶液中的極化曲線的陽極分支存在一個范圍較寬的鈍化平臺,耐蝕性能得到提高。 為了探究磷元素對鎂合金AZ91D氧化膜環(huán)境失效過程的影響,我們研究了四種氧化膜在NaCl溶液中失效過程的電化學(xué)阻抗譜(EIS)行為。EIS譜圖均存在高頻和中頻兩個容抗弧和反映電極表面點蝕行為的低頻感抗弧。隨著浸泡時間的延長,表征氧化膜阻抗性質(zhì)的高頻容抗弧的半徑逐漸減小,對應(yīng)于陽極過程的低頻容抗弧也同時減小。在浸泡初期高頻

6、容抗存在增大并達到極值,這與氧化膜表層疏松多孔,水分子進入膜孔內(nèi)與孔壁物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),其反應(yīng)產(chǎn)物暫時堵塞了膜孔有關(guān)。Bode圖中,含有不同添加劑的氧化液所得氧化膜的主要不同之處在于低頻區(qū),表明不同添加劑主要影響的是氧化膜的內(nèi)層致密層。擬合結(jié)果表明Si-P-film和Al-Si-P-film在其低頻區(qū)的模值較大,這兩類膜也表現(xiàn)出了較大的反應(yīng)電阻,表明膜層具有最好的耐腐蝕性能。在浸泡過程中氧化膜反應(yīng)電阻Rt大小反復(fù)變化也表明氧化膜在含有Cl-

7、的溶液中存在“自修復(fù)”現(xiàn)象。脈沖方波電源主要研究了電源設(shè)置頻率為2000Hz,占空比為0.5時所得氧化膜的在NaCl溶液中的失效過程。浸泡前期,EIS實軸以上的容抗弧半徑隨著浸泡時間的延長逐漸減小。到腐蝕后期時,雖然容抗弧半徑仍在減小,但在Bode圖中發(fā)現(xiàn)浸泡后期的模值,特別是表征內(nèi)層膜特性的低頻模值并未有很大的降低,表明內(nèi)層膜在浸泡過程中,雖與腐蝕介質(zhì)的反應(yīng)導(dǎo)致了反應(yīng)電阻的減小,但腐蝕產(chǎn)物的沉積與氧化膜孔洞的堵塞又阻礙了腐蝕介質(zhì)對氧化