镁合金自封孔型微弧氧化膜的封孔机制及其腐蚀失效行为

微弧氧化技术能在镁合金表面原位生长出耐蚀、耐磨的氧化膜。但受氧化膜特有的生长过程所限，膜中不可避免存在大量微孔，影响耐蚀性。通过封孔后处理可以降低孔隙率，但使氧化膜的制备过程复杂化。针对上述问题，申请人在含氟钛酸盐的电解液中获得了镁合金自封孔型氧化膜，其耐蚀性比传统微弧氧化膜高出3-5倍。为了进一步优化氧化膜质量，提高其耐蚀性，需要澄清它的自封孔机制及其腐蚀失效过程。本课题通过研究氧化膜的微观结构和化学组成随火花放电特征的变化规律，明确电解液中氟钛酸盐分解及参与成膜过程，确定自封孔型氧化膜的生长机制，阐明封孔物质的沉积过程及其保留在微孔内的原因；通过分析腐蚀介质在膜中的传输路径及膜中各组分在失效过程中所发生的化学和电化学反应，明确氧化膜腐蚀萌生及发展历程。通过本项目的研究可以指导氧化膜质量的进一步改善，促进其产业化应用，并为镁合金在其它电解液体系中获得自封孔型氧化膜提供科学依据和理论指导。

微弧氧化是广泛应用的镁合金表面防护技术，但传统微弧氧化膜中存在大量微孔，影响耐蚀性。前期工作中采用新型氟钛/锆酸盐电解液体系获得了自封孔微弧氧化膜，耐蚀性与传统微弧氧化膜相比有大幅改善，但其成膜过程以及腐蚀机理尚不明确。本项目主要针对以上两个方面进行了深入研究，澄清了该自封孔微弧氧化膜的形成和失效机制，为微弧氧化膜耐蚀性的进一步改善提供了科学依据和理论指导，促进微弧氧化技术的广泛应用。取得的主要结果如下：. 通过对AM60镁合金自封孔微弧氧化膜成膜过程的研究发现，在新型氟钛酸盐氧化溶液中，初期形成的钝化膜主要成分为MgO，MgF2和AlPO4，电解液中的F-可以有效提高镁基体在氧化溶液中的钝化性能，初期形成的MgF2对后续成膜及封孔过程都起到十分重要的作用。在钝化膜击穿后，MgO成为主要的成膜物质。当氧化电压达到一个较高值时，部分钛氧化物转变为Ti3O5，使其膜层展现出蓝色的外观。成膜后期，钛氧化物在膜层表面及微孔内壁的沉积有效的提高了膜层的致密性（钛氧化物的PB比大于1）。当膜层中钛元素的含量达到5at.%以上时，微孔数量明显降低，并对封孔物质的沉积起到重要的作用，此时氧化膜的主要成分除了MgO和MgF2外，还含有大量化学稳定性更高的钛氧化物Mg2TiO4和Ti3O5。由于MgF2 的熔点最低，在火花化放电结束冷凝过程中，其它熔点高的组分优先在微孔壁沉积，而MgF2最后冷凝沉积，实现对微孔的自封闭。. 通过对膜层失效过程研究发现，自封孔微弧氧化膜耐蚀性优异的原因主要归因于两个方面：（1）膜层中含有大量化学稳定性更高的钛氧化物：腐蚀过程由于微孔附近可溶性MgCl2的形成，导致其封孔物质优先脱落，而化学稳定性较高的钛氧化物依旧保留，并一定程度上限制腐蚀介质的向内渗透；（2）微孔的自封闭使氧化膜更致密：腐蚀介质从表层到内层逐步渗透，膜层内层的失效滞后于外层，自封孔微弧氧化膜的外层和内层共同为镁基体提供有效的防护。总之，提高微弧氧化膜中钛氧化物的含量及降低孔隙率是进一步改善氧化膜耐蚀性的关键。. 本项目按计划完成了所有研究内容，取得了预期研究成果，共计发表论文7篇（4篇SCI，1篇EI），国际会议论文1篇，申请发明专利1项，在国际和国内会议分别做分会口头报告2次，1人入选2015辽宁省“百千万人才工程”千人层次，毕业硕士1名，在读硕士1名。