D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2004.01.020 第26卷第1期 北京科技大学学报 Vol26 No.1 2004年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2004 AZ91D铸造镁合金交流脉冲 双极微弧电沉积陶瓷膜 刘元刚张巍李久青中磊 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要利用交流脉冲方法在AZ91D铸造镁合金表面成功实现阴、阳极微弧电沉积陶瓷膜， 并使用SEM和XRD等手段对陶瓷膜的厚度、组织形貌、成分、结构和耐蚀性作了相应研究分 析.结果表明，应用交流脉冲方法不仅能够在AZ91D铸造镁合金上实现阴、阳双极微弧电沉 积陶瓷膜，同时在阴、阳极陶瓷膜中电沉积有稀土元素C.通过比较动电位扫描极化曲线和 交流阻抗分析发现阴、阳极微弧氧化处理后AZ91D镁合金的耐蚀性得到显著提高， 关键词交流脉冲方法；双极微弧电沉积：AZ91D铸造镁合金：耐蚀性 分类号TG146.22:TG174.44 镁是工程材料中最轻的金属材料，它和铝、 AZ91D铸造镁合金盘状电极，电极尺寸为40 锌、锆及稀土元素构成的合金具有优异的力学及 mm×3mm,试样项端有中2.5mm的小孔用以连接 物理性能而被广泛应用于汽车、电子，航空等领 导线及悬挂电极，AZ91D铸造镁合金的化学成分 域中.但是镁的化学性质十分活泼（平衡电位是 (质量分数)为：A1,8.5%9.5%:Mn,0.17%0.4%: -2.34V),它的自然氧化膜由于疏松多孔对基体 Zn,0.45%-0.90%:Si,0.05%;Cu,0.25%;i, 不能形成很好的保护作用，导致镁及其合金的耐 0.001%:Fe,0.004%:Mg为余量.对称交流脉冲电 蚀性很差，严重制约了镁及其合金在各个行业中 压频率50Hz,占空比0.5，电压范围180-270V,整 的应用.微弧氧化作为在金属表面上生成陶瓷 个工艺流程是：试样打磨、清洗、除油，连接导线 膜的表面改性处理技术，可以在材料表面获得耐 通电，微弧氧化，清洗试样，干燥 腐蚀性能高、耐磨性能好、绝缘、装饰美观以及与 经微弧氧化处理的试样采用TT230型Coat 基体结合良好的保护层而被越来越受到重视，有 ing Thickness Gauge测量膜层厚度，并用M2IX超 关研究工作不断展开.本文采用交流脉冲微弧 大功率X射线衍射仪(CuK)进行了X射线衍射 氧化技术成功地在AZ9ID镁合金阴、阳极上同时 (XRD)分析和用扫描电子显微镜(SEM)进行观 沉积出硅酸盐陶瓷膜，开发出微弧氧化的双极沉 察.动电位扫描极化曲线采用PS-168型电化学 积技术，并对膜层的形貌、结构、成分和耐蚀性做 测量系统.采用EG&GPARCM398电化学阻抗测 了初步的研究 量系统进行交流阻抗测量，该系统由M273型恒 电位仪、SI1255高频响应分析仪、BM-PC机及相 1实验方法 应软件组成. 实验采用自行研制的BH-127型双向全波脉 2实验结果与分析 冲微弧氧化电源.用去离子水配制以硅酸钠为主 的碱性电解液(pH=12~13),实验过程中使用水浴 实验过程中观察到与电源正、负极相连的电 对电解液进行冷却，电解池阴、阳极均采用 极表面均产生弧光放电现象，开始时两极表面上 的弧光细小呈蓝色，数量众多，随着微弧氧化过 收稿日期2003-05-27 刘元刚男，25岁，硕士研究生 *国家自然科学基金资助项目No.50122118) 程的进行，试样表面弧光变大、变稀，颜色变黄，第2 6 卷 第 1 期 2 0 0 4 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u 几a l o f U n iv e rs ity o f s c ie n c e a o d l ’e c h n o 】o gy B e ij in g Vb L2 6 N o . l F e b . 2 0 04 A Z g I D 铸造镁合金交流脉冲 双极微弧 电沉积陶瓷膜 刘 元 刚 张 巍 李久青 申 磊 北京 科技 大学 材料科 学 与工程 学 院 , 北 京 10 00 83 摘 要 利 用 交流 脉冲 方法 在 A Z gl D 铸 造镁合 金 表面 成功 实现 阴 、 阳极 微弧 电沉 积 陶瓷膜 , 并 使用 SE M 和 x R D 等 手段 对陶 瓷 膜的 厚度 、 组 织 形貌 、 成 分 、 结 构和 耐蚀性 作 了相 应研 究 分 析 . 结果 表 明 , 应 用 交流脉 冲 方法 不仅 能够 在 A Z gl D 铸造 镁 合金 上实 现 阴 、 阳双极 微 弧 电沉 积 陶 瓷膜 , 同时在 阴 、 阳极陶 瓷膜 中 电沉积 有稀 土 元素 C e . 通过 比较 动电位 扫描极 化 曲线 和 交 流 阻抗 分析 发现 阴 、 阳极微 弧氧 化处 理后 A Z 9 1D 镁合 金 的耐蚀 性得 到 显著 提高 . 关 键词 交 流 脉冲方 法 ; 双极 微弧 电沉 积 ; A Z gl D 铸造 镁 合金 ; 耐蚀 性 分 类号 T G 14 6 . 2 + 2 : T G 1 7 4 . 44 镁是 工程 材 料 中最 轻 的金 属 材料 , 它和 铝 、 锌 、 错及 稀 土元 素构 成 的合 金具 有优 异 的力 学及 物 理 性能而 被 广泛 应 用 于汽 车 、 电子 、 航 空等 领 域 中 `1] . 但是 镁 的化 学性质 十 分活 泼 ( 平衡 电位 是 一 2 .3 4 V ) , 它 的 自然氧化 膜 由于 疏松 多孔 对基 体 不 能形成 很好 的保护 作用 , 导致 镁及 其 合金 的耐 蚀性 很差 , 严重 制约 了镁 及 其合 金在 各 个行 业 中 的应 用 。 , . 微 弧 氧 化作 为在 金属 表 面上 生 成 陶瓷 膜 的表 面改 性 处理 技术 , 可 以在 材料 表 面获 得耐 腐蚀 性能高 、 耐 磨性能好 、 绝缘 、 装 饰美 观 以及 与 基 体结合 良好 的保护 层 而被 越来 越 受到 重视 , 有 关研 究工作 不 断展 开`圳 . 本 文采 用 交流 脉冲 微弧 氧 化技 术成 功地 在 A Z g I D 镁合 金 阴 、 阳极上 同时 沉 积 出硅酸 盐 陶瓷 膜 , 开 发 出微弧 氧化 的双 极沉 积 技术 , 并 对膜 层 的形貌 、 结构 、 成 分和 耐蚀 性做 了初 步的研 究 . 1 实验方 法 实 验采 用 自行研制 的 B H - 127 型 双 向全 波 脉 冲 微 弧氧化 电源 . 用 去离 子 水配 制 以硅酸 钠 为主 的碱 性电解 液 (P 十 12 一 13 ) , 实验 过程 中使 用 水浴 对 电 解 液 进 行 冷 却 . 电解 池 阴 、 阳 极 均 采 用 收稿 日期 2 0 03 刁5一7 刘元 刚 男 , 25 岁 , 硕 士研 究 生 * 国家 自然 科学 基金 资助项 目 (N 。 . 5 01 22 1 18) A Z gl D 铸造 镁 合金 盘 状 电极 , 电极 尺寸 为中40 ~ x 3 ~ , 试 样顶 端 有帜 .s m m 的 小孔 用 以连 接 导 线及 悬 挂 电极 , A Z 9 1D 铸 造 镁合 金 的化 学成 分 (质 量 分数 ) 为 : lA , .8 5% 一.9 5% ; M n , 0 . 1 7% 一0 .4 % ; nZ , 0 . 4 5% 一 0 . 9 0% ; 5 1 , 0 . 0 5% ; C u , 0 . 2 5% ; N i , .0 0 0 1% : F e , .0 0 0 4% ; M g 为余 量 . 对 称 交流 脉 冲 电 压 频 率 50 zH , 占空 比 .0 5 , 电压 范 围 180 一2 70 V , 整 个 工 艺 流程 是 : 试样 打磨 、 清 洗 、 除油 , 连 接 导线 通 电 , 微 弧氧化 , 清 洗 试 样 , 干 燥 . 经 微 弧氧 化 处 理 的试 样 采用 T T 2 30 型 C o at - in g T h i c 如es s G au g e 测量 膜层 厚度 , 并用 M 2 1X 超 大 功率 X 射 线 衍射仪 (C u 凡) 进行 了 X 射 线 衍射 (X R D ) 分 析和 用 扫 描 电子 显 微镜 ( S E M ) 进 行 观 察 . 动 电位扫 描 极 化 曲线 采用 P S一 16 8 型 电化 学 测 量系 统 . 采 用 E G & G PA RC M3 98 电化 学 阻抗 测 量 系统 进 行 交流 阻 抗测 量 , 该 系 统 由 M 2 7 3 型恒 电位 仪 、 51 12 5 5 高频 响应 分 析 仪 、 BI M 一P C 机 及 相 应 软件 组 成 . 2 实验结 果 与 分 析 实验过 程 中观 察到 与 电源 正 、 负极相 连 的 电 极表面 均 产生 弧光 放 电现 象 , 开 始时两极 表 面上 的弧 光细 小 呈蓝 色 , 数量 众 多 . 随着微 弧氧 化 过 程 的进 行 , 试 样表 面 弧 光变 大 、 变稀 , 颜色变黄 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2004. 01. 020