铍铝合金表面微弧氧化膜的制备及微观组织结构调控机制研究

Beryllium-aluminium alloy is a promising candidate material in nuclear industry, aviation, aerospace and other cutting-edge fields. The oxide ceramic film which is prepared by micro-arc oxidation can be used to improve the corrosion resistance of the matrix beryllium-aluminium alloy. Although there are many mature studies and understandings about the preparation of micro-arc oxidation ceramic film on the surface of valve metal, there are few reports on micro-arc oxidation of beryllium-aluminium alloy. In this project, the high-throughput electrochemical method is going to be used to design and optimize the basic electrolyte for micro-arc oxidation of beryllium-aluminium alloy. The effect mechanism of additives and electrical parameters on the structure of the film is going to be studied. The competitive growth characteristics of beryllium oxide and alumina is going to be clarified, and the regulation mechanism of the micro-structure of the film is going to be explained. Besides, the corresponding relationship between the micro-structure of the film and the corrosion resistance will be revealed. On this basis, the micro-arc oxidation process will be further optimized, resulting the development of micro-arc oxidation technology on beryllium-aluminium alloy. The research results can not only provide ideas for the design of micro-arc oxidation electrolyte for multiphase composite materials, but also enrich the existing micro-arc oxidation theory and provide a theoretical foundation and technical support for the preparation technology of corrosion-resistant oxide film on beryllium-aluminium alloy.

铍铝合金在核工业、航空、航天等尖端领域具有重要潜在应用价值。采用微弧氧化技术在铍铝合金表面制备氧化物陶瓷膜，可望显著提升其的抗腐蚀性能，确保服役稳定性。虽然已经有很多关于在阀金属表面制备微弧氧化陶瓷膜对基体进行防护的成熟研究和认识，但针对铍铝合金微弧氧化的研究报道非常少。本项目拟采用高通量电化学实验方法完成对铍铝合金微弧氧化基础电解液的科学设计与优化；研究添加剂、电参数对膜层结构的影响作用机制，明晰双相铍铝合金微弧氧化膜的竞争生长特性，阐明膜层微观组织结构调控机制；探明膜层微观组织结构与抗腐蚀性能的对应关系；进一步优化微弧氧化工艺，开发出耐蚀铍铝合金微弧氧化陶瓷膜制备技术。研究结果不但能为多相复合材料微弧氧化电解液的设计方法提供思路，还能丰富现有微弧氧化理论，为铍铝合金耐蚀氧化膜制备技术奠定理论基础和技术支撑。

铍铝合金结合了金属铍和金属铝的优良特性，在航空、航天、电子器件等尖端领域具有重要潜在应用价值。针对铍铝合金腐蚀问题，本项目开展铍铝合金微弧氧化膜制备技术及膜层结构调控研究。由于铍铝合金本质为铍和铝的双相金属基复合材料，本课题提出采用高通量电化学实验方法对铍和铝的氧化特性进行研究，从而实现铍铝合金微弧氧化基础电解液配方设计，再通过添加剂、电参数优化实现膜层结构的调控。研究过程中首先选择NaOH、Na2SiO3、NaAlO2、Na2CO3等多种常用金属易钝化电解液分别研究铍、铝和铍铝合金的阳极极化行为，通过极化曲线分析并综合溶液稳定性、起弧电压等因素，确定了基础电解液；然后，使用双极性脉冲电源，对影响膜层结构的电参数进行了优化讨论，大幅减少了氧化膜中的开放孔洞；最后，在前期氧化膜制备经验基础上，采用正交实验分析讨论了多种添加剂对微弧氧化膜厚度和耐蚀性的影响，获得了优化添加剂配方。研究采用SEM、XRD、TEM等多种手段对膜层结构进行了精细表征，探讨了基体材料原始组织对膜层缺陷的影响规律。通过本项目研究，在铍铝合金表面制备了由致密层和多孔层组成双层结构的微弧氧化膜，优化工艺制备的微弧氧化膜通过了380h中性盐雾试验，并在某大尺寸铍铝合金件上实现了微弧氧化处理，具有良好的应用前景。