镁合金微弧氧化陶瓷层硅烷封孔机理研究文献综述

 2021-10-06 13:58:23

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文献综述

1.前沿

具有优越性能的镁合金被认为是21世纪最富于开发和应用潜力的绿色结构工程材料，镁合金的密度很小，是钢的四分之一、铝的三分之二，但镁合金的比强度却大于钢和铝，是最轻的金属结构材料。因此，镁合金在电子产品、汽车、航空航天等需要高比强度金属材料的领域具备广阔的发展前景。但是镁合金的化学活性高，在有机酸、无机酸和含盐的溶液中均会被腐蚀[1]，且腐蚀速率较高，因而限制了其在工业中的应用。近年来，国内外学者提出了诸多表面防腐处理技术和方法，其中包括铬酸盐转化、磷酸盐转化、阳极氧化、稀土转化膜等，由于铬酸盐中含有有毒的六价铬离子磷酸盐和阳极氧化对环境污染较为严重，已不能适应现代工业对环境保护的要求[2]。

硅烷封孔处理作为一种新型环保表面封孔处理方法，具有无毒、无污染、成本低、操作简单等特点，极具发展潜力。硅烷既可以作为封孔物质，改善氧化层在金属表面的附着质量，提高合金表面氧化膜的耐蚀性[3]。硅烷化封孔处理已在铝合金及钢铁材料等方面得到了广泛应用[4~6]，并已逐渐应用于镁合金的表面处理，虽然目前相关报道不多，但其研究已引起学者的极大关注[1]。

本实验中，使用微弧氧化使镁合金表面形成氧化膜，再用硅烷进行封闭，镁合金微弧氧化技术尚不如铝合金微弧氧化技术成熟，耐蚀性远远不如铝合金的耐蚀性好。在实际生产应用中，微弧氧化处理过的镁合金工件仍需要电泳、喷漆等后续涂装处理，但处理后的工件失去微弧氧化原有的陶瓷质感，从而极大地限制了其广泛的应用，因而现急需一种不改变外观感观的无痕封闭工艺。若既能获取有陶瓷质感的膜层，又保证具有优异的耐蚀性，同时还能达到疏水、防污的特性，镁合金微弧氧化技术在电子产品外壳等领域的发展与应用将会被迅速推广，为企业界解决了难题，同时镁合金的应用范围也将大大扩展，因此研究镁合金微弧氧化硅烷封闭具有一定的现实意义。

2.微弧氧化概述

微弧氧化技术又称微等离子体氧化或阳极火化沉积，是近年来兴起的一种表面处理新技术。它采用较高的能量密度，将阳极氧化工作区从法拉第区引入到高压放电区，通过电化学、热化学及等离子体化学等的共同作用，在Al、Mg、Ti、Nd等有色金属表面原位形成陶瓷质氧化膜。微弧氧化是阳极氧化技术的发展，其实质仍是较高电压下的阳极氧化，但其成膜过程涉及电化学、热化学及等离子体化学等的共同作用，成膜机理更趋复杂。微弧氧化在阳极区产生微弧放电，火花存在时间为1-2s，火花放电使阳极金属表面局部温度升高，微区温度一般高于1000℃，从而使阳极氧化物熔覆在金属表面，形成陶瓷质的阳极氧化膜，大大提高了阳极氧化膜的硬度、致密性和耐蚀性[7~11]。

2.2微弧氧化过程

MAO过程通常包括4个阶段：阳极氧化阶段、火花放电阶段、PMAO阶段和熄弧阶段。

（1）阳极氧化阶段：将样品置于选定的电解液中，施加电压后，试样表面和阴极表面出现无数细小均匀的白色气泡。随着电压的增加，气泡逐渐变大变密，产生速度也逐渐增加。这一现象一直持续到击穿电压之前，此阶段称为阳极氧化阶段。在该阶段，电压上升速度快，但电流变化小。电压较低时，试样表面形成一层很薄的氧化膜，但随着电压的升高，氧化膜的溶解速度增大，当氧化膜的溶解速度高于生成速度时，会产生基体溶解现象，故应尽量缩短阳极氧化阶段。

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