第二相对镁基材料微弧氧化行为的影响机制研究

本课题拟就第二相对镁基材料微弧氧化行为的影响机制开展研究，在系统性选择设计材料体系的基础上，分别对微弧氧化的阻挡层形成过程和微弧放电行为进行表征和分析。通过对阻挡层电绝缘性能、组分均匀性及结构完整性的分析，研究第二相对阻挡层形成过程的影响；通过对微弧特征、第二相存在状态及膜层组织结构演变的系统表征，研究第二相对微弧放电行为的影响。在试验研究基础上，揭示第二相对镁基材料微弧氧化行为的影响规律，阐明其影响机制，并建立多相金属材料微弧氧化膜生长过程模型。通过系统的研究实现对第二相影响行为的预测、探讨消除或减弱第二相不良影响的微弧氧化工艺，为多相金属材料微弧氧化工艺的设计提供理论指导。

本课题就第二相对镁基材料微弧氧化行为的影响机制开展研究，在系统性选择设计材料体系的基础上，对微弧氧化的阻挡层形成过程和微弧放电行为进行了表征和分析。通过对阻挡层电绝缘性能、结构完整性的分析，研究第二相对阻挡层形成过程的影响；通过对微弧特征、第二相存在状态及膜层组织结构演变的系统表征，研究第二相对微弧放电行为的影响。在实验研究基础上，揭示出第二相对镁基材料微弧氧化行为的影响规律，阐明其影响机制，并建立了多相金属材料微弧氧化膜生长过程模型。通过系统的研究能够实现第二相影响行为的预测，为多相金属材料微弧氧化工艺的设计提供理论指导。.本项目的主要研究结果如下：若第二相具备阀金属特性，其表面会逐渐形成阻挡层，从而可与基体阻挡层融合形成完整致密的阻挡层，正常发生击穿放电，第二相对膜层生长影响不显著。若第二相不具备阀金属特性，但是绝缘性良好且其与周围形成的阻挡层结合紧密，则其存在不显著影响阻挡层的完整性和电绝缘性，微弧氧化过程正常进行。不具备阀金属特性的半导体第二相在微弧氧化初期会导致电流泄漏，难于形成完整的阻挡层，第二相自身发生氧化反应；第二相氧化产物能够逐渐弥合缺陷、改善阻挡层完整性，最终发生火花放电，因此半导体第二相延缓但并不阻停微弧氧化过程。不具备阀金属特性的良导体第二相导致电流持续、严重泄漏，完整的阻挡层无法形成，电压无法升高，微弧氧化行为不能发生；当此第二相为易氧化物质时，在载流焦耳热作用下温度升高，发生氧化、迅速消耗，材料表面快速破坏。.SiC颗粒作为金属基复合材料的增强相而被广泛应用，在上述研究工作基础上，本项目系统地研究了半导体SiC颗粒及其含量对微弧氧化过程的影响。微弧氧化初期SiC颗粒位置的电流泄漏抑制了电压的升高、延缓了介电击穿和火花放电，且SiC含量越高影响越显著。微弧氧化膜的生长效率随SiC含量的增加而持续下降。在火花放电全面发生之前，在载流焦耳热作用下SiC颗粒发生氧化，半导体SiC转化为电绝缘的氧化物相，抑制了SiC位置的电流泄漏，使火花放电和微弧氧化膜生长开始进行。这进一步说明第二相的电绝缘性、可氧化性等物化特性是影响金属基复合材料微弧氧化行为的主要因素。.根据微弧氧化膜的生长机理，可将膜层的生长过程简化等效为一个电容器的反复击穿－重构过程，并依此原理建立了复相材料微弧氧化膜生长过程的等效电容器模型。.本项目达到了预期的研究目标。