| 基于激光改性和微弧氧化的镁合金表面处理及性能研究 | |
王凌倩
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| Subtype | 理学博士 |
| Thesis Advisor | 陈建敏 ; 周健松 |
| 2014-05-20 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Department | 先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | 镁合金 激光表面处理 微弧氧化 腐蚀 热控 Magnesium Alloy Laser Surface Treatment Plasma Electrolytic Oxidation Corrosion Thermal Control |
| Abstract | 针对国家高新技术领域对镁合金耐腐蚀性和热控性能的要求，本论文利用激光表面改性技术、微弧氧化技术以及二者的复合技术对镁合金进行表面处理，系统地研究了不同改性层的结构、组成、耐腐蚀性能及光学和热控性能。分析了防护层材料的结构、组成与性能之间的关系，积累了较多有价值的基础数据。获得的主要研究结论如下： 1. 利用激光熔凝技术、激光合金化技术和激光熔覆技术对镁合金进行了表面改性处理。结果表明，激光熔凝、激光合金化Al、Sn、TiO2:CeO2=4:1和激光熔覆Al-Si几种激光改性层分别由于β相含量的降低和再分布，表面稳定的结构和化学组成以及分布在晶界的Mg2Sn和SnO2、不连续分布的氧化物、树枝状的Mg2Si相对基体所起到的腐蚀防护作用，其耐腐蚀性相对镁合金均有改善。 2. 利用激光表面改性-微弧氧化复合技术对镁合金进行了表面改性处理，重点考察了三种激光前处理方式对微弧氧化层耐腐蚀性的影响。结果表明：经过激光熔凝前处理的镁合金基材表面制备的微弧氧化层与单一微弧氧化层相比，由于截面结构更加致密，表面和截面缺陷减少，氧化层中MgAl2O4的含量升高，因而耐腐蚀性明显增强。激光合金化铝和激光熔覆Al-12 wt.%Si 前处理后则分别由于基材中金属间化合物Mg17Al12含量的增加和难氧化物相(如Mg2Si、Si)的生成导致微弧氧化层缺陷增多，均匀性变差。虽然这两种前处理会使微弧氧化层中稳定物相的含量增多，但氧化层中明显的缺陷所起到的降低耐腐蚀性能的作用却占主导。相比微弧氧化单一处理，后两种方式的复合没有使耐腐蚀性得到进一步的改善。 3. 在三种激光前处理方式中，激光熔凝前处理对镁合金表面制备的微弧氧化层耐腐蚀性改善最大。为此我们选择激光熔凝作为前处理，通过对微弧氧化处理及激光熔凝-微弧氧化复合处理的镁合金不同浸泡时间后腐蚀行为的测试进一步对比分析其腐蚀失效机制的差异。电化学及盐雾实验结果表明，复合处理相比微弧氧化单一处理能够为AZ91D镁合金提供更长时间的腐蚀防护。单一微弧氧化处理的镁合金经历了严重的局部腐蚀，而复合处理的样品局部腐蚀明显减弱。复合处理相比微弧氧化单一处理的镁合金耐腐蚀性能提高的主要原因是激光熔凝处理后基材中β相与α-Mg基体之间形成的微电偶被高度分散使电偶腐蚀效应降低以及后续制备的微弧氧化层中缺陷减少。激光熔凝前处理后通过基材中发生再分布的β相的分隔作用细化了α-Mg基体。此时β相起到了很好的腐蚀防护作用，严重的局部腐蚀因此得以控制。 4. 利用微弧氧化技术通过在电解液中添加不同种类和不同浓度的添加剂在镁合金表面制备了一系列不同颜色的微弧氧化层。系统地考察了几种微弧氧化层的腐蚀、光学及热控性能的变化规律。结果表明：几种膜层的电化学腐蚀性能强弱顺序为V2≈V4>V6≈V8>W2>Si>Cu0.5，这主要与膜层相组成的稳定性及膜层孔隙率的大小差别有关。对于含不同添加剂的电解液制备的Si、W2、V8、Cu0.5微弧氧化层，由于不同过渡金属的d电子在最外层和次外层之间发生能级跃迁导致光谱反射的区别，从而表现出不同的颜色。添加不同浓度的Na3VO4制备的微弧氧化层光谱反射曲线的形状及吸收峰出现的波长范围是相同的，只是随着电解液中 Na3VO4浓度的增大，氧化层的颜色逐渐加深，光谱反射率相应减小。制备的微弧氧化层的太阳吸收率在0.439到0.918之间变化。在所有制备的微弧氧化层中，添加Na3VO4制备的微弧氧化层具有最高的太阳吸收率，尤其当其浓度达到8 g/L时，太阳吸收率高达0.918。而膜层的红外发射率主要受基材本身控制。添加Na3VO4制备的微弧氧化层同时具有较高的太阳吸收率和较好的耐腐蚀性，该膜层集防腐、热控于一身，在航天器方面具有巨大的应用潜质。 |
| Subject Area | 材料科学与物理化学 |
| Funding Project | 磨损与表面工程课题组;金属基高温润滑材料组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/6786 |
| Collection | 中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 王凌倩. 基于激光改性和微弧氧化的镁合金表面处理及性能研究[D]. 中国科学院大学,2014. |
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