镁合金表面处理微弧氧化技术

镁合金超高频微弧氧化-概述说明以及解释1.引言1.1 概述镁合金超高频微弧氧化是一种先进的表面处理技术，通过在镁合金表面产生微弧放电，使得其表面形成致密、均匀的氧化膜，从而改善镁合金的耐腐蚀性、硬度和耐磨性能。

镁合金作为一种重要的结构材料，在航空、汽车、电子等领域具有广泛的应用前景。

然而，由于其化学活性高、易被腐蚀等特点，限制了其在实际工程中的应用。

因此，研究开发一种能够有效提高镁合金表面性能的技术显得尤为重要。

传统的氧化处理方法存在着处理周期长、氧化膜质量不稳定等问题，无法满足实际工程中对镁合金表面处理的要求。

而镁合金超高频微弧氧化则通过利用超高频电源和特殊设计的电解液体系，在较短的时间内实现了较高的微弧放电频率，从而显著改善了氧化膜的形貌和性能。

此外，该技术还具有操作简便、能耗低等优点，进一步增加了其在工业领域的应用前景。

因此，镁合金超高频微弧氧化已成为当前镁合金表面处理领域的研究热点。

本文旨在系统地介绍镁合金超高频微弧氧化的原理、优势以及其在实际工程中的应用前景。

通过深入研究和分析，旨在为进一步推动镁合金超高频微弧氧化技术的发展提供科学依据。

1.2文章结构1.2 文章结构本篇文章将按照以下结构展开对镁合金超高频微弧氧化的介绍和分析：第一部分是引言部分，主要包括概述、文章结构和目的三个方面。

在概述中，将简要介绍镁合金超高频微弧氧化的背景和研究意义。

接着，将说明文章的结构，包括不同部分的内容安排和主题。

最后，明确文章的目的，即通过对镁合金超高频微弧氧化的深入研究，探讨其应用前景和总结其优势。

接下来是正文部分，主要包括镁合金超高频微弧氧化的原理和优势两个方面。

在原理部分，将详细介绍镁合金超高频微弧氧化的工艺过程和相关机理，解释其为何能够在镁合金表面形成致密、耐磨、耐腐蚀的氧化层。

在优势部分，将分析镁合金超高频微弧氧化相比其他表面处理技术的优越性，例如优异的耐腐蚀性能、良好的耐磨性和较高的附着力。

文章编号:1001-9731(2021)01-01022-04镁合金表面微弧氧化陶瓷涂层的制备及耐蚀性能*余灏勋,马廷霞(西南石油大学机电工程学院,成都610500)摘要:利用微弧氧化法,在微弧氧化反应电解质中加入氟钛酸钾和G R/T i O2粉末,在镁合金表面制备了MA O-G R/T i O2涂层㊂采用S E M和F T-I R分别对G R/T i O2粉末的表面形貌和结构进行了研究,用S E M㊁X R D 和元素线扫描对MA O-G R/T i O2涂层的表面形貌㊁相结构和元素分布进行了研究,用三电极技术对MA O-G R/T i O2涂层的耐腐蚀性能进行了研究㊂结果表明,通过溶胶-凝胶法可将纳米T i O2接枝到G O表面,生成G R/T i O2粉末;MA O-G R/T i O2涂层主要由M g2T i O4相㊁M g3(P O4)2相㊁M g和M g O相组成;以界面为分界线,涂层一侧T i㊁P和O元素高于基体一侧,基体一侧M g元素高于涂层一侧;MA O-G R/T i O2涂层的腐蚀电位为-0.723V,腐蚀电流密度为8.96ˑ10-8A/c m2,相比镁合金基体和MA O涂层,腐蚀电位提高了48.3%和36.7%,表明MA O-G R/T i O2涂层可以显著提高镁合金基体的耐蚀性能㊂关键词:镁合金;微弧氧化法;复合涂层;耐腐蚀性能中图分类号: T B332文献标识码:A D O I:10.3969/j.i s s n.1001-9731.2021.01.0040引言镁合金耐蚀性差严重限制了其在许多领域的应用[1-2]㊂目前为止,研究者广泛研究的耐腐蚀方法是在合金表面形成防腐涂层㊂微弧氧化技术(MA O)是在常规阳极氧化技术基础上发展起来的一种新型的镁合金表面处理技术,该技术可以制造高质量的涂层,具有高硬度值,强附着力,并可以大幅提高镁合金基体的耐腐蚀性[3]㊂因此,MA O已经成为提高镁合金耐蚀性研究最热门的技术之一[4-6]㊂MA O涂层的耐蚀性主要取决于涂层的厚度㊁成分和组织结构[7]㊂根据已有的研究,电解液的组成会影响涂层的微观结构㊁成分和性能,因为这些元素可以在氧化过程中掺杂入涂层中[8-9]㊂几种类型的电解质,如硅酸盐[10]㊁铬酸盐[11]和磷酸盐[12],已被用于制备MA O涂层㊂一般来说,在这些电解质中形成的MA O涂层主要由M g O相和其它一些与电解质有关的化合物组成[如M g O㊁M g3-(P O4)2㊁M g A l2O4或M g F2][13]㊂由于M g O在中性或酸性环境中不稳定,这些涂层不能提供足够的长期腐蚀保护㊂解决该问题最有效的办法是通过改变电解质的组成,在MA O涂层中加入稳定氧化物或其它稳定化合物,如N b2O5㊁Z r O2㊁T i O2㊁M g2Z r5O12㊁C e O2㊁M g F2或Z r F4㊂这些氧化物和化合物可以在氧化处理过程中嵌入到涂层中,以提高涂层的耐蚀性[14]㊂然而,在这些电解液中,有许多化合物不能长期使用(相对不稳定),因为在微弧氧化过程中,试样表面预先形成了小的火花,不能得到均匀的MA O涂层[15]㊂石墨烯(G R)和氧化石墨烯(G O)具有优异的力学和耐腐蚀性能,不仅力学强度高,而且耐磨性优异[16-17]㊂T i O2颗粒具有优异的耐腐蚀性能[18-20]㊂本文以氟钛酸钾(K2T i F6)㊁六偏磷酸钠[(N a P O3)6]㊁氢氧化钠(N a O H)和三乙胺(T E A)组成的合适电解质,制备了含有M g2T i O4和G R/T i O2的MA O-G R/T i O2涂层㊂采用X R D㊁S E M和元素线扫描等手段研究了涂层的相结构㊁表面形貌和元素组成,并采用电化学阻抗法评价了涂层的耐蚀性㊂1实验1.1 G R/T i O2粉末的制备采用加压氧化法合成G O,采用溶胶-凝胶法制备G R/T i O2粉末㊂由于G O的亲水性和静电斥力,在水中形成了稳定的溶胶㊂具体制备方法:取5m L钛酸丁酯,与10m L冰乙酸均匀混合,然后加入30m L无水酒精进行稀释,分散搅拌均匀30m i n后得到溶液A;将G O超声分散在15m L蒸馏水中,超声浴2h,随后加入15m L无水酒精,并用稀硝酸调节p H值至2,得到溶液B㊂将溶液B缓慢加入到溶液A中,并在室温下搅拌3h,并陈化得到凝胶,随后将凝胶转入水热反应釜中,210ħ下恒温反应10h后自然冷却至室温,用去离子水将所得产物洗涤至中性,并烘干,即得到G R/T i O2粉末㊂220102021年第1期(52)卷*基金项目:四川省科技计划资助项目(18F Z J C00734)收到初稿日期:2020-06-03收到修改稿日期:2020-09-23通讯作者:马廷霞,E-m a i l:1499893831@q q.c o m 作者简介:余灏勋(1994 )男,成都人,硕士,主要从事新型复合材料制备研究㊂1.2复合涂层的制备将A Z31合金(M g-3%(质量分数)A l-0.8%(质量分数)Z n)试样切割成10mmˑ10mmˑ5mm,用100~1000#的S i C砂纸打磨㊂然后分别在乙醇和去离子水中超声清洗20m i n,最后在空气中干燥㊂采用功率为2k W的恒流电源,通过MA O法制备涂料㊂分别以镁合金基体和不锈钢板作为工作电极和对电极㊂为了制备含有G R/T i O2的MA O涂层,采用以下磷酸盐电解质进行一次处理:即由15g/L氟钛酸钾(K2T i F6),20g/L六偏磷酸钠[(N a P O3)6], 10g/L氢氧化钠(N a O H),3g/L G R/T i O2粉末和0.3g/L三乙胺(T E A)组成的电解质,使G R/T i O2粉末带负电荷,然后将电解质超声处理1h,随后连接电极,并将电极放入电解质中㊂两个电极之间的距离为2c m,在400V的固定外加电压下进行10m i n的一次微弧氧化反应㊂得到的复合涂层标记为MA O-G R/ T i O2涂层㊂采用相同的MA O工艺(磷酸盐电解质中没有G R/T i O2)制备的M g合金作为对照组,标记为MA O涂层㊂1.3样品的表征采用T T R I I IX射线衍射仪对制备的涂层相组成进行了X射线衍射分析,2θ值在10~85ʎ之间,步长增量为0.01ʎ,扫描速度为4ʎ/m i n;采用N I C O L E T F T-I R5700光谱仪对G O㊁G R/T i O2粉末及复合涂层进行F T-I R光谱测试;采用德国蔡司(型号:S U P R A-55)扫描电子显微镜对G R/T i O2粉末和复合涂层的表面形貌及元素组成进行研究㊂1.4电化学测量采用三电极技术在电化学工作站(C H I660E)上进行动电位极化实验㊂以复合涂层样品为工作电极,铂板为对电极,饱和甘汞电极(S E C)为参比㊂所有测试都在(37ʃ1)ħ的3.5%(质量分数)氯化钠溶液中进行㊂用1c m2的硅胶覆盖所有样品暴露的表面㊂在溶液中稳定1h后进行动电位极化试验,以确保开路电位是静态的㊂电位扫描速度为5m V/s,记录极化曲线㊂E I S的信号幅度为5m V,频率为0.01~ 10000H z㊂采用T a f e l外推和线性极化法,从动电位极化图中获取腐蚀电位(E c o r r)和腐蚀电流密度(i c o r r)㊂本文选择性地展示了极化曲线,所展示的极化曲线数据最接近每组样本的平均值㊂2结果与讨论2.1 G O和G R/T i O2粉末的表征2.1.1 F T-I R分析图1为G O和G R/T i O2粉末的F T-I R光谱图㊂由图1可知,G O曲线中3395c m-1处的宽吸收峰为-O H伸缩振动峰,2358c m-1处的伸缩振动对应C-O 键,1733c m-1处的伸缩振动对应C=O键, 1621c m-1位置的伸缩振动对应C=C键,1222c m-1位置的伸缩振动对应C-O-C键,1057c m-1位置的伸缩振动对应C-O H键;G R/T i O2曲线中,535c m-1处的吸收峰对应T i-O-T i键,而1733,1222和1057c m-1处峰强的减弱,说明G O在反应过程中被还原成了G R ㊂图1 G O和G R/T i O2粉末的F T-I R光谱图F i g1F T-I Rs p e c t r a o fG Oa n dG R/T i O2p o w d e r2.1.2S E M分析图2为G O和G R/T i O2粉末的S E M图㊂从图2 (a)可以看出,G O为片状多层结构,具有许多类似于波动丝绸的褶状㊂从图2(b)可以看出,T i O2颗粒分散在G R的片状表面,大部分G R表面可以被T i O2颗粒包裹住,颗粒大小为纳米级,表明T i O2纳米粒子可以成功地接枝到G R表面㊂图2 G O和G R/T i O2粉末的S E M图F i g2S E Mi m a g e s o fG Oa n dG R/T i O2p o w d e r s2.2 MA O-G R/T i O2涂层的表征2.2.1 X R D和元素线扫描分析图3为MA O-G R/T i O2涂层的X R D图谱㊂由图3可知,涂层X R D图谱中可以明显观察到18.6ʎ和29.5ʎ处的M g2T i O4对应峰;此外,还可以观察到明显的M g3(P O4)2㊁M g和M g O的对应峰,但是并未发现典型的T i O2峰,可能是因为T i O2峰和M g2T i O4峰有一定重叠而被掩盖,也有可能是T i O2含量太少㊂图4为MA O-G R/T i O2涂层截面元素的线扫描分析㊂从图4可以看出,以界面为分界线,涂层一侧T i㊁P和O元素高于基体一侧,基体一侧M g元素高于涂层一侧,而基体一侧A l元素只稍微高于涂层一侧,区别并不明显㊂这一元素分布和图3中MA O-G R/ T i O2涂层X R D图谱测试结果正好吻合㊂32010余灏勋等:镁合金表面微弧氧化陶瓷涂层的制备及耐蚀性能图3 MA O -G R /T i O 2涂层的XR D 图谱F i g 3X R D p a t t e r no fMA O -G R /T i O 2co a t i ng 图4 MA O -G R /T i O 2涂层截面元素的线扫描分析F i g 4L i n e s c a n n i n g a n a l ys i s o f s e c t i o n a l e l e m e n t s o f MA O -G R /T i O 2co a t i n g 2.2.2 S E M 分析图5展示了镁合金基体上MA O 和MA O -G R/T i O 2涂层的SE M 形貌㊂从图5可以看出,由于涂层生长不均匀,MA O 生长过程中会捕获熔融氧化物和气泡,MA O 涂层和MA O -G R /T i O 2涂层的表面均存在圆形孔隙通道,这是电解质与M g 合金基体接触的通道㊂由于在相对冷的电解质中,熔融氧化物是从数千度的温度下快速冷却的,所以在MA O 涂层和MA O -G R /T i O 2涂层上表面粗糙,并可以观察到微小裂纹㊂MA O -G R /T i O 2涂层表面并未观察到明显的G R /T i O 2材料,只是相比MA O ,表面更加粗糙㊂图5 MA O 和MA O -G R /T i O 2涂层的S E M 图F i g 5S E Mi m a g e s o fMA Oa n dMA O -G R /T i O 2co a t -i n gs 2.3 腐蚀行为评价图6为镁合金基体㊁M A O 涂层和M A O -G R /T i O 2涂层在N a C l 溶液中的典型动电位极化曲线㊂根据T a f e l 外推和线性极化法提取了电化学参数的平均值,结果如表1所示㊂由图6和表1可知,与镁合金基体相比,M A O 涂层和M A O -G R /T i O 2涂层都提高了腐蚀电位,说明涂层的稳定性和有效性优于镁合金基体㊂M A O -G R /T i O 2涂层的腐蚀电位相比镁合金基体和M A O 涂层,提高了48.3%和36.7%㊂这些结果表明,M A O -G R /T i O 2涂层可以显著提高M g 合金基体的耐蚀性能㊂图6 镁合金基体㊁MA O 涂层和MA O -G R /T i O 2涂层在Na C l 溶液中的动电位极化曲线F i g 6P o t e n t i o d yn a m i c p o l a r i z a t i o nc u r v e s o f m a g n e s i u m a l l o y ma t r i x ,MA O c o a t i n g a n d MA O -G R /T i O 2co a t i n g i nN a C l s o l u t i o n表1 镁合金基体㊁MA O 涂层和MA O -G R /T i O 2涂层材料的腐蚀特性分析结果T a b l e1A n a l ys i sr e s u l t so fc o r r o s i o nc h a r a c t e r i s t i c s o f m a g n e s i u m a l l o y m a t r i x ,MA O c o a t i n ga n dMA O -G R /T i O 2co a t i n g i nN a C l s o l u t i o n 试样腐蚀电位/V 腐蚀电流密度/A ㊃c m -2镁合金基体-1.3981.59ˑ10-5MA O 涂层-1.1423.12ˑ10-7MA O -G O /T i O 2涂层-0.7238.96ˑ10-83 结 论(1)通过溶胶-凝胶法可将纳米T i O 2接枝到GO 表面,但是接枝过程中,G O 被还原成了G R ,生成了G R /T i O 2粉末材料㊂(2)MA O -G R /T i O 2涂层主要由M g 2T i O 4相㊁M g 3(P O 4)2相㊁M g 和M g O 相组成㊂以界面为分界线,涂层一侧T i ㊁P 和O 元素高于基体一侧,基体一侧M g 元素高于涂层一侧,而基体一侧A l 元素只稍微高于涂层一侧㊂(3)MA O -G R /T i O 2涂层的腐蚀电位为-0.723V ,腐蚀电流密度为8.96ˑ10-8A /c m 2,相比镁合金基体和MA O 涂层,腐蚀电位提高了48.3%和36.7%,表明MA O -G R /T i O 2涂层可以显著提高镁合金基体的耐蚀性能㊂参考文献:[1] G u oK W.Ar e v i e wo fm a g n e s i u m /m a g n e s i u ma l l o ys c o r -420102021年第1期(52)卷r o s i o n [J ].R e c e n tP a t e n t so n C o r r o s i o nS c i e n c e ,2011,1(1):72-90.[2] Y a n g K H ,G e rM D ,H w uW H ,e t a l .S t u d y of v a n a d i u m -b a s e d c h e m i c a l c o n v e r s i o n c o a t i ng on t h e c o r r o s i o n r e s i s t -a n c e o fm a g n e s i u ma l l o y [J ].M a t e r i a l sC h e m i s t r y &P h ys -i c s ,2015,101(2-3):480-485.[3] H u a n g YS ,L i uH W.T E Ma n a l y s i s o nm i c r o -a r c o x i d e c o a t i n go n t h e s u r f a c e o fm a g n e s i u ma l l o y[J ].J o u r n a l o fM a t e r i a l sE n -g i n e e r i n g &Pe rf o r m a n c e ,2011,20(3):463-467.[4] J i a ng BL ,G eYF .M i c r o -a r c o x i d a t i o n (M A O )t o i m pr o v e t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c eo fm a g n e s i u m (M g )a l l o ys [J ].C o r r o s i o n P r e v e n t i o n o fM a g n e s i u m A l l o ys ,2013:163-196.[5] W a n g S ,L i uP .T h e t e c h n o l o g y o f p r e p a r i n gg r e e nc o a t i n gb yc o nd u c t i n g m i c r o -a r co x i d a t i o no n A Z 91D m a gn e s i u m a l l o y [J ].P o l i s hJ o u r n a l o fC h e m i c a lT e c h n o l o g y ,2016,18(4):36-40.[6] L iY ,L uF ,L iH L ,e t a l .C o r r o s i o n m e c h a n i s mo fm i c r o -a r co x i d a t i o nt r e a t e db i o c o m p a t i b l eA Z 31m a gn e s i u m a l -l o y i ns i m u l a t e db o d y f l u i d [J ].P r o gr e s s i n N a t u r a lS c i -e n c e :M a t e r i a l s I n t e r n a t i o n a l ,2014,24(5):516-522.[7] N i eR R ,Z h uF ,S h e nL R ,e t a l .E f f e c t so f f i l mt h i c k n e s so n t h e p h a s e c o m p o s i t i o n a n dm i c r o s t r u c t u r e p r o pe r t i e s of m i c r o -a r c o x i d a t i o n c o a t i ng [J ].J o u r n a l o fB i o m e d i c a lE n -g i n e e r i n 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O )c o a t e d m a g n e s i u m a l l o y sf o rd e gr a d a b l ei m -p l a n t s :P r o s p e c t s a n d c h a l l e n g e s [J ].P r o gr e s s i n M a t e r i -a l sS c i e n c e ,2014,60:1-71.[15] W a n g C ,C h e nJ ,H e JH ,e t a l .E f f e c t o f e l e c t r o l yt e c o n -c e n t r a t i o no n t h e t r i b o l o g i c a l pe rf o r m a n c e o fMA Oc o a t -i ng s o na l u m i n u ma l l o y s [J ].F r o n t i e r so fCh e mi c a lS c i -e n c e a n dE n g i n e e r i n g,2020,12:1-7.[16] L i uS ,G uL ,Z h a oHC ,e t a l .C o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f g r a ph e n e -r e i n f o r c e dw a t e r b o r n e e p o x y c o a t i n gs [J ].J o u r n a l o fM a t e r i a l s S c i e n c e&T e c h n o l o g y ,2016,32(05):425-431.[17] Z h a n g XR ,MaR N ,D u A ,e t a l .C o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f o r g a n i c c o a t i n g b a s e do n p o l y h e d r a l o l i g o m e r i c s i l s e s qu i -o x a n e -f u n c t i o n a l i z e d g r a p h e n eo x 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n r e s i s t a n c e o fm i c r o -a r c o x i d e c e r a m i c c o a t i n g o nm a g n e s i u ma l l o y su r f a c e Y U H a o x u n ,MA T i n gx i a (S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,S o u t h w e s tP e t r o l e u m U n i v e r s i t y ,C h e n g d u610500,C h i n a )A b s t r a c t :MA O -G R /T i O 2co a t i n g w a s p r e p a r e d o n t h e s u r f a c e o fm a g n e s i u ma l l o y b y a d d i n g p o t a s s i u mf l u o r i d e t i t a n a t e a n dG R /T i O 2po w d e r i n t o t h e e l e c t r o l y t e o fm i c r o -a r c o x i d a t i o n r e a c t i o nb y m i c r o -a r c o x i d a t i o nm e t h o d .T h e s u r f a c em o r p h o l o g y a n d s t r u c t u r eo fG R /T i O 2po w d e rw e r e s t u d i e db y S E M a n dF T -I R.S E M ,X R Da n d e l e m e n t a l l i n e s c a n n i n g w e r eu s e d t o s t u d y t h e s u r f a c em o r p h o l o g y ,ph a s e s t r u c t u r e a n d e l e m e n t d i s t r i b u t i o no f MA O 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m 2.C o m p a r e dw i t hm a g n e s i u ma l l o y s u b s t r a t e a n dMA Oc o a t i n g ,t h e c o r r o s i o n p o t e n -t i a l o fMA O -G R /T i O 2c o a t i n g w a s i n c r e a s e db y 48.3%a n d 36.7%,w h i c h i n d i c a t e d t h a tMA O -G R /T i O 2co a t -i n g c o u l d s i g n i f i c a n t l y i m p r o v e t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o fm a g n e s i u ma l l o y su b s t r a t e .K e y w o r d s :m a g n e s i u ma l l o y ;m i c r o -a r c o x i d a t i o n ;c o m p o s i t e c o a t i n g;c o r r o s i o n r e s i s t a n c e 52010余灏勋等:镁合金表面微弧氧化陶瓷涂层的制备及耐蚀性能。

镁微弧氧化
镁微弧氧化是一种表面处理技术，通过在镁合金表面形成氧化层，提高镁合金的耐腐蚀性能、硬度和耐磨性。

该技术利用微弧放电原理，将镁合金放置在电解液中，通过外加电压，在阳极和阴极之间形成微弧放电，使表面发生氧化反应，形成致密的氧化层。

镁微弧氧化可以在镁合金表面形成不同颜色的氧化层，如黑色、灰色、银色等，这些氧化层不仅提高了镁合金的耐腐蚀性能和机械性能，还可以增加其美观性。

镁微弧氧化具有如下优点：
1. 提高耐腐蚀性能：氧化层能够阻挡外界介质侵蚀，提高镁合金的耐腐蚀性能。

2. 提高硬度和耐磨性：氧化层具有较高的硬度，能够提高镁合金的耐磨性。

3. 增加美观性：氧化层可以形成不同颜色的表面，增加产品的美观性。

4. 高附着力：氧化层与基材之间具有良好的附着力，不易剥落。

镁微弧氧化广泛应用于航空、汽车、电子等领域，可以用于制造飞机部件、汽车零件、电子设备外壳等，提高产品的性能和寿命。

镁合金微弧氧化标准
镁合金微弧氧化是一种将镁合金表面转化为氧化物陶瓷涂层的技术，
可以显著提高镁合金的耐腐蚀性、磨损性和耐热性。

该技术在汽车、
航空、航天等领域得到广泛应用。

在镁合金微弧氧化的过程中，首先将镁合金表面进行喷丸或酸洗处理，去除表面的杂质和氧化物。

然后将镁合金放入微弧氧化设备中，在高
压和高温下，通过电弧放电和电解反应，将氧化物转化为氧化物陶瓷
涂层。

镁合金微弧氧化的技术标准主要包括以下几个方面：
1. 涂层形貌要求：涂层应均匀、致密、无孔洞、无裂纹、颜色一致。

2. 涂层厚度要求：涂层的厚度应根据不同的应用领域进行调整。

3. 耐腐蚀性要求：涂层应具有优良的耐腐蚀性，能够在不同环境下长
期使用。

4. 耐热性要求：涂层应具有优良的耐热性，能够在高温环境下长期使用，不产生脱落、剥离等问题。

5. 生产效率要求：涂层工艺应简单、高效，能够满足大批量生产的需要。

镁合金微弧氧化技术的广泛应用，对于提高镁合金材料的性能和推动相关产业的发展具有重要意义。

未来，随着技术的不断发展和完善，镁合金微弧氧化技术将会得到更广泛的应用，为各个领域的发展带来新的机遇和挑战。

镁合金微弧氧化
微弧阳极氧化，又称微弧等离子体技术空气氧化或阳极火焰堆积，统称微弧氧化。

利用交流和直流电源在阳极区域引起低温等离子体微弧充放电，瞬时高温煅烧效应立即在镁合金表面产生陶瓷膜。

微弧区温度可达10000℃此外，阳极氧化物溶解在金属镁合金表面，进一步提高了阳极氧化物膜的强度和高密度。

薄膜厚度约为5~70μm间可调节。

能够确保在中性盐雾里根据500h，涂层粘合力为0级，显微镜强度为400级HV但微弧氧化后仍需进一步喷涂维护。

微弧氧化加工工艺的特点是：①使用成本低于硬阳极氧化；②前解决相对简单；③优良的自然环境；④对于外观复杂的产品工件及其受限的安全通道，可产生对称的膜层；⑤规格变形小；⑥优良的耐腐蚀性。

现阶段，技术早已引起了许多学者的关注，并已成为国际材料科学研究的网络热点之一。

此外，镁合金表面改性材料采用离子注入技术以及激光表面解决技术及其高频淬火技术，以提高镁合金表面的耐磨性和耐腐蚀性。

镁合金微弧氧化加工1. 引言镁合金因其重量轻、强度高等优势，在航空航天、汽车制造等领域得到广泛应用。

然而，镁合金在使用过程中容易受到氧化腐蚀的影响，降低了其使用寿命和性能。

为了增强镁合金的耐腐蚀性能和硬度，提高其表面的附着力和耐磨性，镁合金微弧氧化加工成为一种常用的表面处理技术。

2. 镁合金微弧氧化原理镁合金微弧氧化是利用电化学原理在镁合金表面生成一层具有陶瓷状结构的氧化膜。

该膜层主要由氧化镁和其他元素的氧化物组成，具有较高的硬度和耐蚀性。

其原理可以概括为以下几个步骤：•镁合金表面的阳极氧化反应：在真空电弧放电作用下，镁合金表面产生一层氧化膜。

这一步骤主要是氧化镁的形成过程。

•膜层成长：经过一段时间的处理，电解液中的陶瓷颗粒在氧化膜上逐渐沉积，形成具有一定孔隙率和粗糙度的膜层。

•膜层封闭：当膜层达到一定厚度后，用热水或热油进行封闭处理，使膜层中的孔隙被填充，从而提高膜层的密封性和耐腐蚀性。

3. 镁合金微弧氧化装置和工艺3.1 微弧氧化装置实施镁合金微弧氧化加工需要一套完整的微弧氧化装置。

该装置主要由电源、阳极、阴极和电解液组成。

•电源：负责提供较高的电压和电流，以产生弧放电作用。

•阳极：选用镁合金制成，作为镁合金的工件。

•阴极：作为反应电极的一部分，通常使用不锈钢。

•电解液：由硫酸镁、草酸钠、辅助剂等组成，起到传递电子和产生气泡的作用。

3.2 微弧氧化工艺镁合金微弧氧化工艺可以分为以下几个步骤：1.清洗：将镁合金工件进行清洗，去除灰尘、油污等表面杂质。

2.阳极氧化：将清洗后的镁合金工件放入微弧氧化装置中，连接好电源、阴极和电解液，开始进行阳极氧化反应。

3.膜层形成：通过控制电压、电流和处理时间，使得氧化膜逐渐形成并增厚。

4.膜层封闭：当膜层达到一定厚度后，将工件放入热水或热油中进行封闭处理，提高膜层的密封性和耐腐蚀性。

5.清洗和干燥：将加工后的镁合金工件进行清洗和干燥，去除电解液和其他残留物。

6.表面处理：若需要，可以对镁合金工件进行进一步的表面处理，如喷涂或电泳涂覆等。

镁合金压铸件的表面处理技术镁合金压铸件的表面一般需要依次进行预处理（清理、脱脂、酸洗等）、镀膜、涂装（喷漆、喷塑、镀金属等）等处理，通常所说的镁合金压铸件的表面处理指的是镀膜这道工艺，其主要作用是在压铸件表面形成与油漆、塑料或金属附着性能好的具有耐腐蚀性的保护膜层。

目前，在镁合金压铸领域中主要采用的是湿法表面处理方法，也就是，使用处理溶液进行的表面处理方法。

现有的表面处理技术不尽相同，我们根据成膜条件，将镁合金压铸件的表面处理技术归纳为化学成膜和阳极氧化成膜二大类，下面分别予以介绍。

1．化学成膜化学成膜技术主要是指镁合金压铸件通过在化学溶液中进行一定时间的接触、利用工件与化学处理液之间的化学反应在工件表面形成保护膜层的一类表面处理技术。

主要包括铬化、磷化、锌置换和化学腐蚀等处理技术。

1）铬化处理铬化处理就是工作在以铬酸或重铬酸盐等为主体的处理溶液中进行浸渍，使表面产生氧化镁、氧化铬或铬酸盐保护膜层的表面处理技术。

典型的处理规范如表1所示。

通常含铬离子处理液的成膜性较好，对工件的表面质量要求不高，对厚、薄工件均适用。

铬化处理膜层均匀，厚度通常为0.5-3μm，可使工件的耐腐蚀性可以提高数十倍。

镁合金的铬化处理研究开展得较多，较为成熟，但由于铬离子对人体和环境的副作用较大，所以其应用已在逐渐减少。

2．磷化处理磷化处理就是工件在以磷酸或磷酸盐为主体的溶液中进行浸渍或采用喷枪进行喷淋，使表面产生完整的磷酸盐保护膜层的表面处理技术。

典型的处理规范如表2所示。

磷化处理液的成膜性不如铬化处理液的好，对工件的表面质量要求较高，通常不太适合于表面质量差的薄壁压铸件（壁厚小于2mm）的表面处理。

磷化处理膜层的厚度较大，作为油漆底层，可使漆膜的粘附力、耐潮湿性和耐蚀能力提高几十倍至几百倍。

镁合金磷化处理的研究较少，目前的应用十分有限。

3．锌置换处理锌置换处理就是工件在以锌盐为主体的溶液中（通常加入焦磷酸盐）进行浸渍，使表面进行锌置换，从而产生完整的保护膜层的表面处理技术。

最新AZ91D镁合金微弧氧化处理工艺及膜层组织和性能研究一、引言AZ91D镁合金作为一种轻质、高强度的结构材料，在航空航天、汽车制造、电子通讯等领域具有广泛的应用前景。

然而，其较差的耐腐蚀性能限制了其应用范围。

微弧氧化（MAO）作为一种有效的表面处理技术，可在AZ91D镁合金表面形成一层致密的陶瓷膜，显著提高其耐腐蚀性能。

本文针对最新AZ91D镁合金微弧氧化处理工艺，探讨膜层组织和性能之间的关系。

二、实验材料与方法1.实验材料本实验选用AZ91D镁合金作为研究对象，其化学成分如下表所示：| 元素 | Mg | Al | Zn | Mn | Si | Cu | Fe | Ni | Be || | | | | | | | | | || 含量（%） | 89.69 | 9.03 | 0.73 | 0.19 | 0.02 | 0.002 | 0.002 | 0.002 | 0.0005 |2.微弧氧化处理工艺将AZ91D镁合金试样进行预处理，包括打磨、抛光、清洗等步骤。

然后，采用微弧氧化电源对试样进行微弧氧化处理。

实验过程中，通过调整电压、时间等参数，研究不同工艺条件对膜层组织和性能的影响。

具体工艺参数如下：电压：300500V时间：515min电解液：磷酸盐体系温度：室温3.膜层性能测试扫描电子显微镜（SEM）：观察膜层表面形貌和截面结构。

X射线衍射仪（XRD）：分析膜层物相组成。

电化学工作站：测定膜层的极化曲线，评价其耐腐蚀性能。

显微硬度计：测试膜层的硬度。

三、实验结果与分析1.微弧氧化膜层表面形貌随着电压的升高，膜层表面呈现出由微小孔洞组成的火山口状形貌。

当电压达到500V时，膜层表面孔洞数量减少，尺寸增大，呈现出较大的火山口状结构。

这表明电压对膜层表面形貌有显著影响。

2.膜层截面结构膜层截面呈现出明显的层状结构，主要由内层致密层和外层多孔层组成。

随着处理时间的延长，膜层厚度逐渐增加，内层致密层厚度占比提高。

表面技术第52卷第3期镁合金微弧氧化膜层性能优化研究进展张祥1，周亮1，贾宏耀1，冯宴荣1，赵李斌2，房大庆3（1.长安大学 材料科学与工程学院，西安 710064；2.山西银光华盛镁业股份有限公司，山西 闻喜 043800；3.西安交通大学 金属材料强度国家重点实验室，西安 710049）摘要：镁合金是一类重要的工程材料，具有许多优良的物理、化学性能，在航空航天、交通运输、电子通信、生物医学和能源等领域具有广阔的应用前景。

镁合金的应用受到其高化学活性的限制，需要进行表面处理，以避免腐蚀。

在众多表面处理技术中，微弧氧化技术极大地改善了镁合金的综合性能。

其中，工艺参数对膜层性能有着重要的影响。

在分析微弧氧化膜层厚度、微观结构和相组成成因的基础上，结合国内外研究现状重点阐述了电解质、颗粒添加物、电参数（电流模式、电压、电流密度、占空比、频率和氧化时间）对膜层耐蚀性、耐磨性及生物学性能的影响，并由此引出调控导向性、陶瓷膜增韧、性能匹配优化及能源利用率等关键问题。

此外，还探讨了研究者针对上述问题采取的解决方案，并分析了方案的合理性。

最后，结合镁合金微弧氧化目前存在的问题对其未来发展进行了展望。

关键词：镁合金；微弧氧化；耐蚀性；耐磨性；生物学性能中图分类号：TG174.4 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)03-0122-12DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.03.009Research Progress on Performance Optimization of Micro-arcOxidation Films on Magnesium AlloysZHANG Xiang1, ZHOU Liang1, JIA Hong-yao1, FENG Yan-rong1, ZHAO Li-bin2, FANG Da-qing3(1. School of Materials Science and Engineering, Chang'an University, Xi'an 710064, China; 2. Shanxi Yinguang HuashengMagnesium Co., Ltd., Shanxi Wenxi, 043800, China; 3. State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials,Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China)ABSTRACT: Magnesium alloy is an important engineering material with many excellent physical and chemical properties, which has broad application prospects in the fields of aerospace, transportation, electronic communications, biomedicine, energy, etc. However, the application of magnesium alloy is limited by its high chemical activity, so surface treatment is required to avoid corrosion. Micro-arc oxidation (MAO) leads the working area from the Faraday area to the high-voltage discharge area,收稿日期：2022–01–25；修订日期：2022–06–14Received：2022-01-25；Revised：2022-06-14基金项目：陕西省重点研发计划（2021GY–244）；陕西省自然科学基础研究计划（2021JLM–41）；西安交通大学金属材料强度国家重点实验室开放课题（20202204）Fund：Shaanxi Province Key Research and Development Program Project (2021GY-244); Shaanxi Province Natural Science Basic Research Program Project (2021JLM-41); State Key Laboratory of Strength of Metal Materials, Xi'an Jiaotong University Open Subjects (20202204)作者简介：张祥（1998—），男，硕士生，主要研究方向为镁合金表面处理技术。