本文關(guān)鍵詞：AZ91D鎂合金微弧氧化膜生長過程及機(jī)理的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：選用工業(yè)中應(yīng)用較廣的AZ91D鎂合金為基體,研究其在由KF、Na OH、Na2Si O3所組成的硅酸鹽體系電解液中進(jìn)行微弧氧化時(shí)膜層的生長過程及機(jī)理。首先分別研究了電解液中硅酸鈉及氟化鉀對(duì)膜層生長的影響。發(fā)現(xiàn)兩種電解質(zhì)的有無均對(duì)膜層的生長有較大的影響。硅酸鈉的存在,可以使得擊穿產(chǎn)生的火花在試樣表面上由位置固定變?yōu)椴粩嘤巫?避免燒蝕現(xiàn)象的發(fā)生,明顯地提高了膜層的表觀質(zhì)量;同時(shí),膜層表面微裂紋基本消失,截面中孔隙減少且向基體貫通的程度明顯減弱,膜層整體致密性顯著提高。而氟化鉀的存在,則可以使得起弧電壓明顯降低,擊穿變得劇烈,試樣表面火花較大,膜層的生長速率明顯提高,膜層厚度顯著增大。其次研究了基體α-Mg、β-Mg17Al12不同相組成上膜層的生長。發(fā)現(xiàn)微弧氧化過程中,隨著工作電壓的不斷提高,盡管β相先于α相生成無擊穿微孔的氧化膜,但擊穿卻首先在α相表面發(fā)生,使得有擊穿微孔的微弧氧化膜首先在α相表面形成,再逐漸擴(kuò)展到整個(gè)基體表面�；wα、β兩相中Mg、Al元素含量的差異,使得所成微弧氧化膜中Mg、Al、F在膜層表面的分布都不均勻,其中Mg、F兩元素的分布規(guī)律相似,并且與Al元素的分布規(guī)律正好相反,但隨著膜層厚度的增大,三元素的分布逐漸均勻化,而Si、O兩元素的分布始終比較均勻。通過采用分界區(qū)直接觀察法、全基體直接測(cè)量法和膜層宏觀測(cè)量三種不同的方法對(duì)膜層的生長方式進(jìn)行了研究,三種方法的設(shè)計(jì)是研究的關(guān)鍵,而成功地制備得到符合研究需求的合格試樣是難點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)膜層同時(shí)向內(nèi)、向外生長,并且向外生長的厚度大于向內(nèi)的厚度。隨后,基于膜層生長方式的研究結(jié)果,推導(dǎo)出了膜層密度的計(jì)算公式,得到了不同微弧氧化時(shí)間下膜層的密度值,結(jié)果表明,微弧氧化時(shí)間較短時(shí)膜層密度較大,時(shí)間增大,膜層密度開始減小,時(shí)間繼續(xù)延長,膜層密度基本不再變化。同時(shí),探討了膜層密度與致密度的關(guān)系,由于成膜物質(zhì)基本不隨處理時(shí)間的延長而變化,膜層密度的變化趨勢(shì)可以反映膜層致密度的變化。通過調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù),制備出生長速率不同但厚度相同的微弧氧化膜,研究了生長速率對(duì)膜層微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著生長速率的提高,膜層表面微孔的數(shù)量及表面孔隙呈不斷減少的趨勢(shì),膜層表面大孔及微裂紋的數(shù)量不斷增多,膜層致密性不斷下降,而膜層的物相組成、元素分布等基本不變。而通過研究恒壓、變壓兩種電壓加載方式下膜層厚度、微觀結(jié)構(gòu)、成分等特征參量隨處理時(shí)間的變化,特別是膜層表面微孔大小及數(shù)量的定量變化,發(fā)現(xiàn)兩電壓加載方式下膜層特征參量的變化規(guī)律基本相同;隨著處理時(shí)間的延長,膜層的厚度增大,膜層表面微孔不斷變大,微孔數(shù)量不斷減少,表面孔隙率不斷增大,而膜層物相組成及元素分布也均不變。最后在總結(jié)分析上述各研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,分析了微弧氧化膜的生長過程,通過建立的擊穿電場模型,以及電場強(qiáng)度及擊穿能量的計(jì)算公式,探討了膜層的生長機(jī)理。發(fā)現(xiàn)擊穿是膜層形成及不斷成長的關(guān)鍵。微弧氧化過程中,基體表面生成的氧化膜和氧氣共同構(gòu)成了擊穿電場中的電介質(zhì),氧氣首先被擊穿,并導(dǎo)致氧化膜隨即也被擊穿,因此,擊穿是否發(fā)生主要取決于氧氣擊穿的難易程度;而由于氧氣的外加場強(qiáng)與工作電壓成正比,同時(shí)隨膜層厚度的增大而減小,故膜層生長過程中,需要不斷提高工作電壓來保證擊穿始終能夠發(fā)生;膜層成長過程中,膜層厚度的增加導(dǎo)致氧氣外加場強(qiáng)減小,從而導(dǎo)致試樣表面微區(qū)擊穿的數(shù)量減少,使得參與成膜反應(yīng)的各物質(zhì)遷移的通道減少,膜層的生長速率逐漸降低;同時(shí),由于微區(qū)擊穿的能量不斷增大,使得擊穿通道周圍更大范圍內(nèi)的膜層物質(zhì)被熔融,同時(shí)微區(qū)中氧氣的產(chǎn)量也增多,從而導(dǎo)致膜層表面微孔不斷變大。
【關(guān)鍵詞】：鎂合金 微弧氧化 硅酸鹽電解液 生長過程 生長機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要9-11
• Abstract11-14
• 第1章 緒論14-25
• 1.1 選題背景14-15
• 1.2 微弧氧化概論15-16
• 1.2.1 微弧氧化的發(fā)展歷程15
• 1.2.2 微弧氧化的基本過程15-16
• 1.3 鎂合金微弧氧化研究現(xiàn)狀16-24
• 1.3.1 電源及電參數(shù)研究17-18
• 1.3.2 電解液及添加劑研究18
• 1.3.3 膜層生長及機(jī)理研究18-24
• 1.3.3.1 擊穿機(jī)制18-19
• 1.3.3.2 膜層的微觀結(jié)構(gòu)及形成機(jī)制19-22
• 1.3.3.3 膜層的生長機(jī)制22-24
• 1.4 本論文的主要內(nèi)容、目的24-25
• 第2章 硅酸鈉對(duì)鎂合金微弧氧化膜生長的影響25-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)方法25-26
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料及工藝25
• 2.1.2 檢測(cè)方法25-26
• 2.2 結(jié)果及討論26-32
• 2.2.1 微弧氧化過程火花現(xiàn)象26-27
• 2.2.2 膜層宏觀形貌及生長速率27-28
• 2.2.3 膜層微觀形貌及成分28-32
• 2.2.4 膜層耐蝕性32
• 2.3 本章小結(jié)32-34
• 第3章 氟化鉀對(duì)鎂合金微弧氧化膜生長的影響34-42
• 3.1 實(shí)驗(yàn)方法34-35
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料及工藝34
• 3.1.2 檢測(cè)方法34-35
• 3.2 結(jié)果及討論35-40
• 3.2.1 微弧氧化過程火花現(xiàn)象35-36
• 3.2.2 膜層厚度及生長速率36
• 3.2.3 膜層微觀形貌36-37
• 3.2.4 膜層成分37-39
• 3.2.5 膜層耐蝕性39-40
• 3.3 本章小結(jié)40-42
• 第4章 基體中不同相組成物上微弧氧化膜的生長42-50
• 4.1 實(shí)驗(yàn)方法42-43
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料42
• 4.1.2 工藝參數(shù)42
• 4.1.3 檢測(cè)方法42-43
• 4.2 結(jié)果與討論43-49
• 4.2.1 基體相組成的形貌及成分43
• 4.2.2 微弧氧化過程不同相組成表面形貌變化43-45
• 4.2.3 微弧氧化膜形成過程中不同相組成表面元素變化45-46
• 4.2.4 微弧氧化膜截面形貌及物相組成46-47
• 4.2.5 微弧氧化膜表面元素的分布47-49
• 4.3 本章小結(jié)49-50
• 第5章 鎂合金微弧氧化膜的生長方式50-59
• 5.1 實(shí)驗(yàn)方法50-53
• 5.1.1 研究思路50-52
• 5.1.1.1 分界區(qū)直接觀察法50-51
• 5.1.1.2 全基體直接測(cè)量法51-52
• 5.1.1.3 膜層宏觀計(jì)算法52
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)52-53
• 5.1.3 檢測(cè)方法53
• 5.2 結(jié)果及討論53-58
• 5.2.1 膜層的生長方式53-56
• 5.2.1.1 分界區(qū)直接觀察法結(jié)果53-54
• 5.2.1.2 全基體直接測(cè)量法結(jié)果54
• 5.2.1.3 膜層宏觀測(cè)量計(jì)算法結(jié)果54-56
• 5.2.2 膜層生長分析56-58
• 5.3 本章小結(jié)58-59
• 第6章 膜層生長過程中孔隙和致密性的變化規(guī)律59-71
• 6.1 實(shí)驗(yàn)方法59-61
• 6.1.1 膜層表面孔隙研究方法59
• 6.1.2 膜層致密度研究方法59
• 6.1.3 材料及工藝參數(shù)59-60
• 6.1.4 檢測(cè)方法60-61
• 6.2 結(jié)果與討論61-70
• 6.2.1 膜層表面微孔分布61-63
• 6.2.2 膜層表面微孔數(shù)量及比例63-64
• 6.2.3 膜層表面孔隙率64-65
• 6.2.4 膜層致密性65-67
• 6.2.5 膜層物相組成67-68
• 6.2.6 膜層孔隙及致密性對(duì)耐蝕性的影響68-70
• 6.3 本章小結(jié)70-71
• 第7章 生長速率對(duì)鎂合金微弧氧化膜的影響71-82
• 7.1 實(shí)驗(yàn)71-72
• 7.1.1 實(shí)驗(yàn)材料71
• 7.1.2 實(shí)驗(yàn)工藝71
• 7.1.3 檢測(cè)方法71-72
• 7.2 結(jié)果與討論72-80
• 7.2.1 膜層的表面形貌及孔隙72-75
• 7.2.2 膜層的截面形貌75
• 7.2.3 膜層的物相75-76
• 7.2.4 膜層的元素分布76-78
• 7.2.5 膜層的致密性78-79
• 7.2.6 膜層的耐蝕性79-80
• 7.3 本章小結(jié)80-82
• 第8章 不同加壓方式下微弧氧化膜的生長特性82-97
• 8.1 實(shí)驗(yàn)方法82-83
• 8.1.1 實(shí)驗(yàn)材料82
• 8.1.2 實(shí)驗(yàn)工藝82
• 8.1.3 檢測(cè)方法82-83
• 8.2 結(jié)果與討論83-95
• 8.2.1 不同時(shí)間下膜層厚度及生長速率83-84
• 8.2.2 不同時(shí)間下膜層表面形貌及微孔統(tǒng)計(jì)84-87
• 8.2.3 不同時(shí)間下膜層截面形貌87-89
• 8.2.4 不同時(shí)間下膜層物相組成89-90
• 8.2.5 不同時(shí)間下膜層主要元素分布90-93
• 8.2.6 不同時(shí)間下膜層耐蝕性93-95
• 8.3 本章小結(jié)95-97
• 第9章 鎂合金微弧氧化膜生長機(jī)理的探討97-108
• 9.1 膜層形成機(jī)理分析97-102
• 9.1.1 膜層基本形成過程97
• 9.1.2 擊穿模型及場強(qiáng)計(jì)算97-100
• 9.1.3 膜層成分、微觀結(jié)構(gòu)形成分析100-102
• 9.2 膜層成長機(jī)理分析102-106
• 9.2.1 膜層基本成長過程102-103
• 9.2.2 膜層的成長機(jī)理103-106
• 9.2.2.1 膜層厚度變化分析103-104
• 9.2.2.2 膜層生長速率變化分析104
• 9.2.2.3 膜層微觀結(jié)構(gòu)變化分析104-106
• 9.3 本章小結(jié)106-108
• 本文結(jié)論108-110
• 本文創(chuàng)新點(diǎn)110-111
• 展望111-112
• 參考文獻(xiàn)112-122
• 致謝122-123
• 附錄A 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文及研究成果123-124

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