调控因素在镁合金微弧氧化膜可控构筑过程中的作用机制研究

Microarc Oxidation (MAO) technique can fabricate high-quality oxide coating with corrosion resistance and abrasion resistant on magnesium alloys. The MAO coatings are mainly composed of MgO (damp,deliquesce in neutral and acidic environments), and there are many pores and cracks in the coatings due to the growth characteristics. Thus, the properties of MAO coatings are not satisfactory. According to those problems, in the present project electrolytes (complexing agents, surfactant, colloid particles, etc.) and external fields (ultrasonic, magnetic field, electric field, etc.) controlling factors will be used to control the preparation of MAO coatings on magnesium alloy. The method of the microstructure, chemical composition and phase structure controllable coatings will be discusses. The influence rules and mechanisms of complexing agents, surfactants, colloid particles, etc. on the growth process, microstructure, elemental composition，phase structure of the coatings will be investigated, and the mechanism of ultrasonic, magnetic field, electric field, etc. on the growth kinetics, discharge spark, microstructure, elemental composition will be reveal. The thermal effect mechanism of discharge spark will be investigated based on the variation of microstructure, elemental composition, and phase structure of the MAO coatings. New ideas and scientific basises will be provide for controllable preparation and forming mechanisms of MAO coatings.

微弧氧化技术能在镁合金表面制备出耐蚀、耐磨的氧化膜。受成膜过程影响，膜层微观结构、相组成缺少可控性，膜层主要组成相为MgO（潮湿、酸性环境中吸水或溶解），且存在大量孔洞和裂纹，影响膜层性能。针对上述问题，本项目提出在镁合金微弧氧化膜的制备过程中，引入溶液（络合剂、表面活性剂、胶体粒子等）和外场（超声、磁场、电场等）调控的思想，探讨微观结构和化学组成具有可控性的氧化膜构筑方法。研究在氧化成膜过程中吸附剂、表面活性剂、胶体粒子等"溶液调控因素"对膜层微观结构、化学组成的影响规律及作用机制；揭示电场、超声、磁场等"外场调控因素"对成膜动力学、放电火花、膜层构成及微观结构的作用机制；根据膜层结构、化学成分、相组成，研究火花放电热效应的作用机制。为微弧氧化膜的可控构筑、成膜机理的认识提供新思路和科学依据。

针对镁合金微弧氧化膜主要由MgO组成和膜层中存在孔洞、裂纹等缺陷问题，项目在镁合金微弧氧化膜制备过程中引入溶液和外场调控因素，研究调控因素对膜层微观结构、成分、相组成及性能的影响及作用机制。.在磷酸盐体系的溶液中引入氟钛酸钾，利用各组分的水解反应在溶液中产生原位的氧化钛溶胶粒子，通过溶液组分及工艺参数的优化，获得的膜层组成相为Mg2TiO4、Mg3(PO4)2及MgO，盐雾试验表明具有良好的耐腐性，可达240 h。在引入氧化锆粒子的磷酸盐溶液中，获得了主要由ZrO2组成的微弧氧化膜，并且膜层色泽均匀、结构致密、耐腐蚀性良好，具有很好的应用前景。.在微弧氧化膜制备过程中引入超声和磁场，研究了超声和磁场对成膜过程及膜层性能的影响，结果表明施加超声时，制备出的膜层致密性好，硬度高，耐蚀性好。在施加磁场时制备的膜层，致密性提高、耐蚀性好，其中磁场方向与电场方向垂直时，膜层的耐蚀性更好。.通过对溶液中粒子参与氧化成膜过程的分析，揭示了其参与成膜反应的机制：在外电场作用下粒子在阳极表面附近形成聚集层，使微弧氧化过程中第一阶段(阳极氧化)电压增加速度提高；产生火花放电的初期，由于形成的放电通道小，只有极少量的粒子能够进入膜层中；微弧放电阶段，粒子进入放电通道内，参与氧化成膜，增加氧化成膜速度，改变膜层的结构和组成。通过项目的研究，阐明影响微弧氧化膜结构、化学成分和相组成的关键因素及其影响机制，为构筑结构可控性的微弧氧化膜提供了理论基础。