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原位合成TiB2颗粒增强6351Al复合材料是针对某国家专项产品研制的一种新型材料,具有比强度和比模量高、塑性成型性能好等一系列优良性能的新材料,在国防军事技术、航空航天等领域有着广泛的应用前景。但是,由于颗粒增强相引发基体金属-非金属颗粒电偶腐蚀效应,引入腐蚀敏感的基体/增强颗粒界面,增加材料的不均匀性,使复合材料材料的耐腐蚀大大降低,限制了其在海水等侵蚀性环境中的应用。
在原位合成TiB2/6351Al复合材料中,增强相TiB2颗粒具有一定导电性,其粒径比SiC小得多(<500nm),使TiB2颗粒增强的复合材料阳极氧化成膜困难,比一般铝合金和SiC等颗粒增强的复合材料更难氧化成膜。
本论文研究了TiB2/6351Al复合材料阳极氧化处理的特殊工艺,制备出了厚度均匀、连续的表面阳极氧化膜,有效地提高了TiB2/6351Al复合材料的抗腐蚀性能,满足了在海水等侵蚀性环境中应用的要求。
论文首先研究了TiB2/6351Al复合材料的氧化成膜规律,探讨该复合材料的氧化成膜机理。原位合成TiB2颗粒增强的铝合金复合材料氧化成膜过程具有特殊性:TiB2增强颗粒的存在阻碍了致密氧化膜层的形成,氧化膜的形成机制可用膜孔绕过颗粒生长模型描述。
在TiB2/6351Al复合材料特殊的阳极氧化成膜机理的基础上,实验研究了该复合材料阳极氧化中,电解液成分、添加剂、阳极氧化电流密度、氧化温度和时间等膜层质量控制因素,探索了各工艺参数对TiB2/6351Al复合材料阳极氧化膜影响规律,并且制定出适用于本材料的阳极氧化工艺。
采用制定出的阳极氧化工艺对TiB2/6351Al复合材料进行处理后,通过盐雾腐蚀实验与电化学测试与等效电路模拟,进一步比较了不同封闭工艺处理的TiB2/6351Al复合材料氧化膜耐蚀性能特点。结果表明,三种不同封闭工艺处理后的复合材料耐蚀性在不同程度上都得到了提高,阻抗弧半径与未氧化的材料相比均大大增加,水合与Ce盐封闭后试样的极化曲线阳极区出现了钝化行为,点蚀电位明显提高。经三种不同封闭工艺后处理的氧化复合材料表面膜层的防腐蚀效果有不同特点。其中以水合封闭工艺后处理的防腐效果最佳。
系统地评价采用本研究提出的氧化与封闭工艺处理后复合材料的耐蚀性。盐雾腐蚀实验与电化学测试结果表明,以阳极氧化和水合封闭工艺对TiB2/6351Al复合材料表面处理,使其表面耐蚀性大大提高,最终证明本工艺对TiB2/6351Al复合材料表面防腐的适用性。