為解決7050高強(qiáng)鋁合金在海洋環(huán)境中的腐蝕、磨損問題,設(shè)計了涂層結(jié)構(gòu)以延長其使用壽命。采用微弧氧化（MAO）技術(shù),以硅酸鹽為主要電解液成分,通過加入不同濃度的石墨烯添加劑,在7050高強(qiáng)鋁合金表面制備含石墨烯的陶瓷膜層。利用掃描電鏡（SEM）、體視顯微鏡、X射線衍射儀（XRD）、X射線光電子能譜儀（XPS）、涂層附著力自動劃痕儀以及電化學(xué)工作站,研究含石墨烯的MAO陶瓷膜層形貌、粗糙度、相組成和元素分布、結(jié)合力以及耐蝕性。結(jié)果表明:石墨烯添加劑的加入使得陶瓷膜層表面微孔尺寸降低、結(jié)構(gòu)致密,且主要是由α-Al2O3、γ-Al2O3組成;當(dāng)石墨烯添加劑濃度為10 g/L時,MAO陶瓷膜層粗糙度最低,為857. 835 nm,且結(jié)合力最好,達(dá)到46 N;膜層的腐蝕電位最大,腐蝕電流最小,耐腐蝕性最好。 

【文章來源】：兵工學(xué)報. 2020,41(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

石墨烯固體粉末微觀形貌圖(放大10 000倍)

圖3所示為不同濃度石墨烯添加劑時MAO膜層的微觀形貌，表2所示為不同濃度石墨烯下MAO膜層的平均粗糙度。從圖2中可以看出，MAO膜層表面是由許多類似于火山堆狀的物質(zhì)堆積而成的。這是因?yàn)榉烹娡ǖ乐蟹磻?yīng)所生成的氣體壓力和放電壓力升高，導(dǎo)致部分熔融氧化鋁從放電通道噴射而出，經(jīng)電解液的激冷作用快速凝固堆積，在陶瓷層內(nèi)部的熔融氧化物從放電微孔噴射-凝固的特征形貌[17]，如圖3中圓圈所示。由圖1石墨烯微觀形貌圖可以判斷，圖3中方框所示薄片為石墨烯。從圖3(a)中還可以看出，MAO膜層的微孔直徑較大，在3.05～5.56μm之間，孔徑尺寸變化大是因?yàn)镸AO膜層表面薄弱區(qū)域的連續(xù)擊穿放電，導(dǎo)致微孔尺寸的增大和擴(kuò)展。從圖3(b)、圖3(c)、圖3(d)、圖3(e)中可以看出，在電解液中添加石墨烯所制備的含碳陶瓷層表面雖依然呈現(xiàn)類似火山噴發(fā)堆積而成的微觀形貌，但其表面微孔直徑明顯減小。而且可以看到部分微孔已被生成的氧化物堵塞，有利于MAO膜層耐蝕性的提高。當(dāng)石墨烯濃度為10 g/L時孔徑尺寸最小，在0.25～1.56μm之間，且此時粗糙度達(dá)到最低857.83 nm．這是因?yàn)槭舛仍黾邮闺娊庖旱碾妼?dǎo)率升高，在電源恒流工作模式下，加載到膜層兩端的電壓升高，但由于放點(diǎn)火花數(shù)量的急劇增加，導(dǎo)致單火花放電的持續(xù)時間變短和自身體積變小。因此單火花放電所產(chǎn)生的熱能僅能熔融部分在膜層與基體界面處形成新的氧化物，導(dǎo)致在陶瓷層表面形成的微顆粒和微孔尺寸變小，進(jìn)而使得陶瓷層表面粗糙度降低[18-20]。當(dāng)石墨烯濃度再次增加時，微孔直徑變化開始增大，粗糙度也開始增加(見圖3(e))，表明石墨烯濃度的選擇應(yīng)在一個合理范圍內(nèi)，過高的石墨烯濃度會使大量石墨烯顆粒彌散于試樣表面，部分會分布于放電通道中，阻礙微弧氧化反應(yīng)。圖3 不同濃度石墨烯添加劑下MAO膜層的微觀形貌(放大1 000倍)

不同濃度石墨烯添加劑下MAO膜層的微觀形貌(放大1 000倍)

【參考文獻(xiàn)】：
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