TiC顆粒對鎂合金微弧氧化過程及膜層性能的影響

韓林萍 唐明奇 張瑞珠

（華北水利水電大學(xué)機械學(xué)院，河南 鄭州 450045）

TiC顆粒對鎂合金微弧氧化過程及膜層性能的影響

韓林萍 唐明奇 張瑞珠

（華北水利水電大學(xué)機械學(xué)院，河南 鄭州 450045）

本文研究TiC顆粒對AZ91D鎂合金微弧氧化過程及膜層性能的影響，采用電化學(xué)法分析膜層斷面形貌、相結(jié)構(gòu)和耐蝕性，并與未加TiC顆粒的膜層進行對比分析。結(jié)果表明：微弧氧化電壓會隨著時間的增加而逐漸增加，最后趨于最大值保持不變；隨著TiC顆粒濃度的增加，膜層中TiC的含量也增加，膜層的顏色加深，膜層的致密性增加。

微弧氧化；TiC顆粒；耐蝕性；微弧氧化膜層

鎂合金作為輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強度高等許多優(yōu)異的性能，在生活和工業(yè)方面都有廣泛的應(yīng)用。但其耐蝕性較差限制了它的應(yīng)用［1］。微弧氧化因具有工藝簡單、效率高、清潔無污染、處理工件能力強等優(yōu)點，得到了人們的青睞。本文就在電解液中加入TiC顆粒對鎂合金微弧氧化過程及膜層性能的影響進行研究和探討。

1 材料介紹

TiC的熔沸點高，物理穩(wěn)定性好，耐鹽酸和硫酸的腐蝕，不溶于水，但溶于硝酸、王水以及氫氟酸等強酸。

鎂的化學(xué)性質(zhì)比較活潑、還原性很強，容易與空氣中的氧氣、二氧化碳等氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在空氣中不容易保存，所以一般都以合金狀態(tài)存在。本文在磷酸鹽電解液中對AZ91D鎂合金進行微弧氧化實驗，研究TiC顆粒對鎂合金微弧氧化過程及膜層性能的影響。

2 實驗

2.1 實驗材料

本實驗采用AZ91D鎂合金，AZ91D鎂合金的主要組成成分及含量如表1所示，其中Al的含量僅次于鎂，且大于其他元素的含量總和。

表1 AZ91D鎂合金的成分及含量

2.2 實驗藥品

表2是本實驗所用藥品的名稱及生產(chǎn)廠家。

表2 實驗所用藥品名稱及生產(chǎn)廠家

2.3 實驗設(shè)備

實驗采用JX-MAO非對稱雙極脈沖微弧氧化電源，該設(shè)備具有體積小、運行穩(wěn)定、噪音低等特點，可在恒流、恒壓、恒功率3種工作方式下選擇運行，適用于鎂合金材料表面處理。其他微弧氧化設(shè)備分別是江蘇金壇市中大儀器廠生產(chǎn)的JJ-1定時電動攪拌器和河南兄弟儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的低溫恒溫槽。這些都是微弧氧化設(shè)備中的重要組成部分，有著不可或缺的作用。電動攪拌器的作用是使電解質(zhì)分布均勻并加快電解液的散熱，而低溫恒溫槽的功能主要是降低電解液的溫度。

2.4 實驗過程

將AZ91D鎂合金材料切割成尺寸為20mm×20mm×7mm的長方體試樣，再先后用規(guī)格為200#、400#、600#、800#、1000#的砂紙打磨，最后經(jīng)過拋光、清洗、吹干等步驟后裝入試樣袋。

本實驗采用磷酸鹽體系電解液，其具體配方是氫氧化鈉6g/L、六偏磷酸鈉8g/L、氟鋯酸鉀8g/L、三乙醇胺10ml/L，還有適量的TiC顆粒。實驗需要配制5份電解液，其中1份不加添加劑，余下4份分別加入2、4、6、8g/L的TiC顆粒。另外，為保證實驗的準(zhǔn)確性，實驗配制溶液所用的水均為去離子水。

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 微弧氧化時間和電壓的關(guān)系

圖1是不同濃度TiC顆粒下試樣的氧化時間與電壓的關(guān)系圖。從圖中可以發(fā)現(xiàn)電壓先是急劇上升，然后隨著氧化時間的增加電壓相對緩慢上升，最后會趨向于最大電壓值并保持不變。在電壓達(dá)到300V左右時，在試樣表面就能看到許多細(xì)小的微弧氧化放電產(chǎn)生的電弧，電壓達(dá)到500V左右時會產(chǎn)生尖銳的爆鳴聲，且微弧氧化產(chǎn)生的電弧增多。膜層厚度會隨著電壓的增大而逐漸增加。

3.2 微弧氧化膜層耐蝕性分析

圖2為鎂合金基體和加入不同濃度TiC顆粒所制膜層在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液中的Tafel極化曲線。對比分析可知：不含TiC的膜層與鎂合金基體的腐蝕電流相比下降了兩個數(shù)量級，比加入TiC顆粒的膜層低一個數(shù)量級，但是加入8g/L TiC制得的膜層腐蝕電流為1.495×10-6A，只比鎂合金基體高一個數(shù)量級。對鎂合金基體與加入不同TiC顆粒膜層的腐蝕電流分析可知，腐蝕電流隨著TiC顆粒的增多而逐漸下降，膜層的耐蝕性有了很大的提高。造成這種現(xiàn)象的主要原因有以下兩個：①添加TiC顆粒，膜層的生長速度會加快，膜厚增加，腐蝕電流就會降低；②TiC顆粒會通過膜層表面的孔洞進入并依附在膜層上或與氧化物熔融成為膜層的一部分，使膜層的致密性提高，減小甚至直接封閉孔洞，腐蝕性的Cl－難以進入膜層，從而降低了腐蝕電流。

圖1 氧化時間與電壓關(guān)系圖

圖2 微弧氧化膜層的Tafel極化曲線

4 結(jié)論

①微弧氧化電壓會隨著時間的增加而增加，最后會趨于最大值并保持不變。但是電壓不能增加到最大，因為電壓過大會產(chǎn)生強電場擊穿氧化膜，使實驗失敗。

②相對于鎂合金基體加入0、2、4、6、8g/L TiC顆粒的微弧氧化膜層腐蝕電流降低了1～3個數(shù)量級，交流阻抗值增加，膜層的耐蝕性增強。由Tafel極化曲線可知，加入TiC顆粒6g/L制得的膜層耐蝕性最強。

［1］歐陽珂寧，趙景茂，謝雄，等.鎂合金微弧氧化過程中電源模式對顆粒摻雜的影響［J］.表面技術(shù)，2015（10）：2-4.

Effect of TiC Particles on Micro-Arc Oxidation Process and Coating Properties of Magnesium Alloy

Han Linping Tang MingqiZhang Ruizhu
（College of Mechanical,North China University of Water Resources and Electrical Power，Zhengzhou Henan 450045）

This paper studied the effects of TiC particles on the micro arc oxidation process of AZ91D mag?nesium alloy,the method of electrochemical analysis was used to analyzed the film morphology,phase struc?ture and corrosion resistance,and compared with the coating without TiC particles.The results showed that the oxidation voltage will increase with time and finally tends to maximum value unchanged;with the in?crease of TiC concentration,TiC content in the film increases,the film color deepened,the compactness of the coatings increases.

micro-arc oxidation；TiC particles；corrosion resistance；micro-arc oxida coating

TG174.4

A

1003-5168（2017）12-0116-02

2017-11-03

河南省創(chuàng)新型科技團隊（C20150017）。

韓林萍（1992-），女，碩士在讀，研究方向：機械設(shè)計及理論。