镁合金表面微弧氧化改性及电源特性研究

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镁及镁合金具有密度小,比强度高等特点,在航天航空、交通工具、电子产业及生物医疗等行业得到了广泛的应用。但是,较差的耐蚀性和耐磨性严重限制了镁及镁合金的使用性能,因此,提高和改善镁及镁合金的表面特性,一直以来是人们研究的重要课题。在诸多的镁及镁合金表面处理技术中,微弧氧化表面改性处理技术是一种新兴的表面处理方法,具有优异的特点而备受人们关注。微弧氧化表面改性处理技术是一种绿色环保、无污染的鎂及镁合金表面处理技术,它是利用特殊的弧焊电源,在阳极的工件上施加电压,使工件表面在高温和电场的共同作用下产生电弧放电,从而在金属及合金表面形成一定厚度的陶瓷膜层的方法。微弧氧化所形成膜层的耐蚀性和耐磨性以及强度都要远高于镁及镁合金,因此分析微弧氧化工艺过程,研究其电源的特性,对促进镁及镁合金表面微弧氧化技术的发展具有很重要的意义。微弧氧化工艺过程比较复杂,影响因素较多,涉及到多个学科的技术领域。本文主要分析了镁合金微弧氧化膜的生长过程,探讨了镁合金微弧氧化过程的微弧放电现象及膜层的形貌与电源特性的相关性,通过对多种电源模式下的微弧氧化过程研究与成膜结果比较,寻找已有电源特性中相对较适合微弧氧化过程的电源模式,通过大量实验,分析电源特性和参数对微弧氧化过程和膜层质量的影响,确定镁合金表面微弧氧化处理的参数范围,电源特性。论文研究结果如下:(1)在现有的电源模式中,双极性脉冲电源其微弧氧化过程的稳定性最好。因为双极性脉冲电源负脉冲为微弧放电过程提供了冷却时间,有效抑制了大弧的产生,大弧的产生就是因为燃弧时间太长,而同时冷却的时间又不足造成的。(2)研究表明用微弧氧化表面处理所形成的氧化膜层是由基体金属的氧化物堆积而形成。初期微弧氧化膜层的成膜层薄,虽致密但是成膜率太低,成膜厚度约6~8μm;中期微弧氧化膜层的质量和成膜速率最高,成膜厚度约为9~13μm;末期微弧氧化膜层质量差,微弧氧化膜层的成膜速率也低,约为4~6μm。(3)带有放电回路的脉冲电源,研究其在完全放电模式下的镁合金微弧氧化过程,与双极性脉冲电源模式下的微弧氧化过程进行比较,比较微弧氧化处理过程的稳定性和氧化膜层的成膜速率,发现前者均优于后者。比较两种电源模式下形成氧化膜层的组织结构、形貌和耐蚀性能,同样也是前者均优于后者。(4)研究有放电回路电源不同的加载方式对镁合金微弧氧化过程的影响,研究电压增量加载方式对氧化膜层形貌、膜层厚度,膜层耐蚀性的影响。电源的模式和参数对微弧氧化过程影响很大,电压增量取100~150V/min或电流10A/dm~2时微弧氧化过程的性能最好。
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