梯度多孔Mg-Mn合金的制备及其表面改性研究

来源 :辽宁工业大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:zhaoyuanhappy2008
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本文以碳酸氢铵为造孔剂、Mg粉和Mn粉为主要原料,采用粉末冶金技术制备了梯度多孔Mg-Mn合金。研究了造孔剂分布、Mg粉的粒度、Mn的含量、压制压力和烧结温度对梯度多孔Mg-Mn合金孔隙特性、烧结收缩率、抗压强度和显微硬度的影响,并观察了Mn元素添加对梯度多孔Mg-Mn合金耐蚀性的影响。在硅酸钠系电解液中对烧结后梯度多孔Mg-Mn合金进行了微弧氧化改性处理,分析微弧氧化过程中的电压-时间曲线,研究了微弧氧化电流密度、氧化时间以及Mn含量对微弧氧化过程中电压值、氧化膜层的显微组织和厚度的影响,观察了氧化膜层的物相组成,测试了氧化膜的耐蚀性能。研究结果表明:随着中间层造孔剂含量的降低,孔隙梯度分布加大,烧结试样的平均孔隙度降低,烧结收缩率增加,抗压强度提高;随着Mg粉粒度的减小和压制压力的增加,烧结试样的平均孔隙度降低,烧结收缩率增加;随着Mn含量的增加,孔壁处晶粒烧结的致密化程度提高,晶粒细化,当Mn含量超过2wt%时,孔壁晶粒烧结的致密化程度略有降低。结合XRD和EDS分析表明当Mn含量为2wt%时,梯度多孔Mg-Mn合金由单相α-Mg固溶体组成,当Mn含量为3wt%时,梯度多孔Mg-Mn合金由α-Mg固溶体和α-Mn两相组成。随着Mn含量的增加,梯度多孔Mg-Mn合金的抗压强度先增加而后降低,显微硬度持续增加。耐腐蚀性分析表明,在相同腐蚀时间下,添加Mn元素后多孔Mg合金的自腐蚀电位升高,腐蚀电流密度和腐蚀速率降低,表明梯度多孔Mg-Mn合金的耐腐蚀性增加。当造孔剂分布为15wt%-5wt%-15wt%,烧结温度为640℃,压制压力为100MPa,Mn含量为2wt%时,烧结产物的抗压强度为32.5MPa,显微硬度为49.5HV,腐蚀速率为0.178mm/a。微弧氧化研究结果表明:随着微弧氧化电流密度和氧化时间的增加,微弧氧化电压-时间曲线中的初始电压U1、击穿电压U2、稳定电压U3均增加,表面膜层厚度逐渐增厚。随着Mn含量的增加,起始电压U1、击穿电压U2和稳定电压U3均下降,但是当Mn含量超过2wt%后,U1、U2、U3均上升。随着Mn元素含量的增加,微弧氧化膜层厚度先降低而后增加。当氧化电流密度为9.5A/dm2,氧化时间为2min,Mn含量为2wt%时,梯度多孔Mg-Mn合金表面形成的氧化膜质量最好,孔隙细小、分布均匀,膜层厚度为39.6μm。XRD和EDS分析表明微弧氧化膜表面由MgO和Mg2SiO4两相组成。耐腐蚀性能测试表明未微弧氧化样品的自腐蚀电位较低,腐蚀电流密度较大,失重比较明显,析氢量较大,而微弧氧化后样品的自腐蚀电位增加,腐蚀电流密度降低,质量出现先增加而后降低的情况,同时失重和析氢量比未微弧氧化样品少,这说明微弧氧化后样品的耐腐蚀性提高,其中添加Mn元素后,梯度多孔Mg-Mn合金的耐腐蚀性更佳。
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