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    镁-铝异种合金材料连接件整体微弧氧化处理技术

     发布人:中国镁质材料网    发布时间:2021-03-30【字体:

    3月25至26日,产业链上下游企业、业内精英人士、政府及投资机构将共聚重庆,参与2021中国镁产业链高峰论坛,共同探讨行业发展之路!会上,山东省科学院新材料研究所副所长周吉学(代)对镁-铝异种合金材料连接件整体微弧氧化处理技术进行了讲解。

    镁合金的表面防护技术工程化应用

    在十三五国家重点科技专项的支持下,山东省科学院新材料所开展了一系列镁合金表面防护研究工作,主要包括:(1)微弧氧化表面防护技术;(2)绿色磷化表面防护技术;(3)电化学沉积表面防护技术。

    在微弧氧化的相关研究集中在:工程化应用、特殊功能膜层制备、性能表征及改进。

    工程化应用案例:对镁合金挤压型材、铸造工件 进行微弧氧化防护,挤压型材成分包括AZ系列、ZK系列、ZM系列等等,微弧氧化后,挤压型材表面光洁、平整。

    低成本/超低成本 微弧氧化电解液配方研究 微弧氧化成本主要为电费和电解液两部分,低成本微弧氧化也主要以上两点节约成本。

     研究进展:已开展AZ31低成本-简单配方电解液研究,及相关检测工作,制备弱碱性甚至中性电解液,兼顾环保要求。制备高电导率电解液,配合高效微弧氧化工艺研究,将微弧氧化时间缩短至2-3min。该工艺时间为传统工艺的1/4~1/5,电流为传统工艺电流2倍。

    低成本电解液配方及短时间微弧氧化工艺:低成本电解液将配方成分缩减至3种(微量NaOH),成本非常低。配合高效微弧氧化电工艺,可以实现镁合金按AZ31快速微弧氧化(2min),且膜层性能较好。

    AZ80铸造镁合金高效微弧氧化处理方法:通过高效微弧氧化工艺,1.5min即在AZ80铸造镁合金表面制备出3um陶瓷膜;3min时膜层增至6um。主要结论:1. 随着处理时间增加,表面趋于平整 (自平整) 2.处理时间增加,表面孔洞尺度增大。3.不同处理时间表面膜层成分基本一致。

    快速微弧氧化工艺能够大幅提高AZ80镁合金的耐蚀性(包括腐蚀电位和长周期腐蚀试验);提升规律为:1.5min前,耐蚀性大幅提升,1.5min后,其耐蚀性则缓慢提升。微弧氧化处理后的AZ80镁合金主要腐蚀形式为点蚀,5%中性盐雾试验180h后腐蚀面积占总面积达12%。

    绝缘陶瓷-导电复合功能膜制备

    目的:满足涂层表面导电性、电磁屏蔽性能等需求,兼具良好的防腐蚀性能。

    研究路线:陶瓷层+功能涂层,制备功能复合导电涂层。

    技术特征:1.利用陶瓷层切断电化学腐蚀闭合回路,形成阳极-绝缘层-阳极的防腐蚀结构。2.膜层协同防护,实现陶瓷绝缘层封孔,进一步增强镁合金防腐性能。

     研究进展:开展了低电阻、高导电性“陶瓷-导电层”复合防护涂层的研究工作,在陶瓷层表面化学制备一层银膜,制备出低电阻、高导电功能膜层。复合涂层具备良好的电磁屏蔽、导电性能,外观美观平整。

    镁-铝 异质金属整体表面防护技术

     技术难点:如何克服异质金属物理、化学/电化学 性质差异引起的反应非平衡性。技术特点:避免 分体式 组装过程中对膜层的破坏。高阻抗、绝缘陶瓷层整体包裹镁-铝异质金属连接件,切断腐蚀回路。提高镁-铝异质金属整体耐蚀性,降低镁与铝之间的腐蚀电位差。

    应用领域:轻量化结构整体表面防护。利用高效微弧氧化处理方法。

    陶瓷膜截面分析发现:铝和镁 表面膜层厚度相当,整体陶瓷膜制备较均衡。1.5min 铝和镁表面 已形成主要的氧化膜层,随着处理时间增加,膜层更加致密。1.5min后膜层厚度基本保持不变,膜层厚度在6um左右。

     陶瓷膜表面形貌分析发现:随着处理时间增加,表面膜层平整度得到有效提升。(自平整能力)随着处理时间增加,表面膜层孔洞直径增加。EDS/XRD结果显示,不同处理时间的表面膜层成分基本相同,铝合金表面的为Al2O3,镁合金表面的为MgO。镁合金表面膜层先于铝合金膜层生长。

    通过电化学测试可以发现:整体微弧氧化提高镁、铝部分耐蚀性能。降低镁与铝之间的腐蚀电位差。AZ31镁合金耐蚀性能先于6061铝合金提高,且3min镁即获得相当的耐蚀性;而铝需要更长的时间提高耐蚀性。说明镁-铝异质金属整体微弧氧化反应存在时序性。 通过电化学测试可以发现:检测不同处理时间陶瓷膜厚度发现:AZ31镁先于6061铝生长,优先时间为3min左右。10min左右,镁、铝陶瓷膜生长基本稳定,膜层不再增厚。

    异质金属整体表面防护技术

    通过表面形貌及EDS可以发现:6061-7075搅拌摩擦焊接件不同区域表面陶瓷膜形貌不同,尤其是焊缝区。岛状的多孔陶瓷层分布在致密层上。EDS线扫描显示:多孔陶瓷层表面含有Si。由母材区向焊缝区过渡,岛状多孔陶瓷层数量减少。EDS结果显示:致密基底层成分为Al2O3.岛状多孔陶瓷层与母材表面膜层元素一致。

     EDS和XRD结果表明:6061与7075表面陶瓷膜成分相近,主要为 y-Al2O3和少量的a-Al2O3及莫来石,焊缝区中间致密基底层成分为y-Al2O3。焊缝区表面岛状多孔陶瓷层与致密基底层成分不一致。6061、7075表面膜层存在大量的漫散射峰,推断可能存在非晶态物质,EDS结果显示存在P元素,XRD未寻找到晶态含P物质。由此推断非晶形成机理:在电弧高温作用下形成的氧化物熔体,其表面在电解液激冷下,高温熔体外壳形成非晶。

    异质金属整体微弧氧化反应时序性与选择性验证:从处理后的6061-7075连接件取样,测量膜层击穿电压。6061、7075、焊缝单体微弧氧化,测量膜层击穿电压。 发现:单体微弧氧化膜层击穿电压相近;从焊接件取样的膜层中,6061击穿电压最高,其次是7075.说明 6061-7075整体处理存在反应时序性和选择性,6061优先覆盖膜层,7075次之,焊缝区最后;但反应是同步进行的。


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