1、 本科 毕业设计 （ 20 届） 镁合金阳极氧化膜的制备及其耐腐蚀性能研究 所在学院 专业班级 化学工程与工艺 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘要 本文对镁合金传统阳极氧化工艺和近期阳极氧化工艺进行概述，比较 系统 地 优化 阳极氧化 基础 电解液 配方和电参数，同时 研究 了基础 电解液中添加葡萄糖对镁合金阳极氧化膜性能的影响。结果表明：基础电解液配方为 氢氧化钠 45g/L、 硅酸钠 50g/L、 四硼酸钠 90g/L；最优电参数工艺为电流密度 1A/dm2、氧化时间 15min、脉冲频率 200Hz、占空比 10%；葡萄糖 15g/L 时，氧化膜耐蚀性最好。 关键词：
2、 镁合金；阳极氧化；葡萄糖；耐蚀性 Preparation and Corrosion Performance of Anodic Film on magnesium alloy ABSTRACT This traditional anodic oxidation of magnesium alloy anode oxidation process and an overview of the recent, more systematic basis to optimize the electrolyte composition and anodization electrical para
3、meters, based electrolyte were also studied glucose oxidation of magnesium alloy membrane performance. The results showed that: basic electrolyte formula for sodium hydroxide 45g/L, sodium 50g/L, sodium borate 90g/L; the optimal technology for the electrical parameters of current density 1A/dm2, oxi
4、dation time of 15min, pulse frequency 200Hz, accounting for 10% duty cycle; glucose 15g/L, the oxide film the best corrosion resistance. Keywords: Magnesium alloy, Anodizing, Glucose, Corrosion resistance 目录 1 绪论 . 1 1.1 课题背景及意义 . 1 1.2 相关研究的最新成果及动态 . 1 1.2.1 传统工艺 . 1 1.2.2 近期发展的阳极氧化工艺 . 3 1.3 实验方案设
5、计 . 4 1.3.1 电解液配方 . 5 1.3.2 电参数优化 . 5 1.3.3 添加剂的选择 . 6 2 实验部分 . 7 2.1 主要仪器与试剂 . 7 2.1.1 试剂理化性质及产地 . 7 2.1.2 实验仪器及产地 . 7 2.2 试验方法 . 8 2.2 测试方法 . 8 2.2.1 氧化膜表面结构和形貌 . 8 2.2.2 膜层厚度和粗糙度 . 8 2.2.3 氧化膜耐蚀性 . 9 3 结果与讨论 . 10 3.1 电解液配方优化 . 10 3.2 电参数优化 . 11 3.3 葡萄糖对镁合金氧化膜性能的影响 . 13 3.3.1 葡萄糖浓度对阳极氧化过程的影响 . 13
6、3.3.2 葡萄糖浓度对氧化膜性能的影响 . 14 3.3.3 葡萄糖浓度对氧化膜耐蚀性的影响 . 16 4 结论与展望 . 18 4.1 结论 . 错误 !未定义书签。 4.2 展望 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 19 致谢 . 错误 !未定义书签。 1 1 绪论 1.1 课题背景及意义 镁合金具有 密度小、 较高的比强度、比刚度，减震性好，电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，因此镁 合金 作为一种可以替代钢铁，铝合金和塑料等材料的新型金属材料，在 航空、汽车、电子、船舶、建筑和 3C 等领域具有广阔的应用前景 ， 已成为世界各国新材料研究与使用的热点。 镁合金
7、的耐蚀性是常用金属结构材料中最低的，易发生电偶腐蚀而加速溶解腐蚀，这些都成为限制镁合金应用的关键问题。可以说腐蚀问题是制约镁合金在各领 域应用的关键因素之一，只有较好地解决镁合金的腐蚀问题，才能消除镁合金及其相关产业的发展的阻力，并使镁合金应用于原来不大可能的领域中。 镁合金表面处理是目前最有效的一种防腐蚀技术，是通过在镁合金表面覆盖一层保护膜以隔绝基体与外界环境的接触，从而达到保护镁合金的效果。镁合金表面处理技术主要有 微弧氧化、阳极氧化、化学转化、金属镀层、有机涂层等。微弧氧化形成的氧化膜具有较高的耐蚀性， 但其能耗大 ，成本高 ，限制了该种技术的大规模应用； 而 化学转化、金属镀层、有机
8、涂层 虽然工艺简单，但表面处理所得到的保护膜耐蚀性欠佳。阳极氧 化具有生产工艺简单、一次成膜面积大、生产设备投资少、加工成本低、耐蚀性较好以及能耗低等优点，被认为是最具工业化应用前景的镁合金表面处理技术。因此在全世界倡导节能减排的今天，镁合金阳极氧化 符合国家产业政策 ，极具产业化推广应用的价值。 1.2 相关研究的最新成果及动态 1.2.1 传统工艺 镁合金阳极氧化技术产生于 20世纪，直到 1951年以后， HAE和 DOWl7工艺的相继出现才使阳极氧化技术在镁合金防护处理中应用成为可能。 HAE工艺是碱性电解液的代表，而 DOWl7是酸性电解液的代表，在镁合金阳极氧化发展进程 中两者起了
9、重要的作用。 后来又开发了 Anomag工艺、2 Magoxid-Coat工艺和 Tagnite工艺等。其具体工艺如表 1-1所示 。 表 1-1 传统阳极氧化工艺 编号 名称 电解液 工艺条件 文献 1 HAE 135 165 g/L KOH， 34 g/L Al(OH)3， 34 g/L KF， 34 g/L Na3PO4， 20 g/L KMnO4，K2MnO4 温度 15 30 ，电流密度 20 25mA/cm2 (AC)，电压 60 70V， 7 10min，得到薄膜。电压 80 90V， 60 90min，得 5 40m厚褐色膜。 1 2 DOW17 240 360 g/L NH4
10、HF2 100 g/L NaCr2O72H2O 90 ml/L H3PO4(85%) 控制温度 71 82 ，电压 70 90V，电流密度 5 50mA/cm2 (AC/DC)，电压 90100V， 25min，得 6 30m厚绿膜，电压 6075V， 4 5min，得薄膜。 2 3 Anomag 3.0 3.3 mol/L 氨水 0.001 0.2 mol/LK3PO4 0.1 mol/L Na2O2 电压 170 500V，电流密度 10 mA/cm2(DC)。 3 4 Magoxid-coat 10 80g/L H3BO3 (或H2SO4) 10 70 g/L H3PO4 5 35 g/
11、L HF(或 HC) 尿素、乙二醇、丙三醇为稳定剂 控制 pH值 8 9，电压 400V，电流密度10 20mA/cm2 (DC)。可得 15 30m厚膜。 4 5 Tagnite 第一步： 0.3 3.0 mol/L NH4HF2 控制 pH值 5 8，温度 40 100 ，预处理15 60min，在清洁表面的同时产生含氟层。 5 第二步： 2 12 g/L KOH 2 15 g/L KF 5 30 g/L K2SiO3 控制 pH值 12.5，电压 100V，电流密度290mA/cm2。 3 1.2.2 近期发展的阳极氧化工艺 随着人们环保意识的增强，镁合金阳极氧化的研究向着环保型、无公害
12、化的方向发展， 许多学者从探讨阳极氧化电解液组成、调节阳极氧化电压、时间、加入添加剂等不同的工艺参数入手，力求能够完善镁合金阳极氧化工艺，制得均匀、光滑、硬度高、耐磨性强、耐蚀性好的阳极氧化膜。表 1-2列举了一些近期的阳极氧化工艺。 表 1-2 近期阳极氧化工艺 编号 电解液组成 工艺条件 氧化膜性能 参考 1 KOH Na2SiO3 Na2B4O7 Na2CO3 控制温度： 585 终止电压： 150V 电流密度 :5500mA/cm2 氧化时间 :1080min 完整、光滑、均匀、，耐蚀性好，但仍存在微孔和少许裂缝。 6 2 MSiO3 KOH K4P2O7 NH(CH3CH2O)3 控
13、制温度： 2040 终止电压 :450V 电源模式：恒流加脉冲 具有明显的两层结构，表面孔隙率小、光滑，耐蚀性好，但耐蚀性的增强与三乙醇胺的加入量不成正比。 7 3 NaOH H3BO3 Na2B4O7.10H2O 添加剂 控制温度：501 终止电压： 120V 氧化时间： 3min 表面呈象牙白色，光滑，与基体粘性好，具有很高的耐蚀性，但存在不连续的微孔。 8 4 NaOH Na3PO4 KF 铝盐 有机添加剂 A 有机添加剂 B 氧化时间： 3090min 终止电压： 6580V， 电流密度： 15mA/cm2 氧化膜为银灰色，具有不规则多孔结构，其主要成分是 MgAl2O4 9 5 KO
14、H 控制温度： 20 硅溶胶的加入使氧化膜的耐蚀性显著增加，与合 4 Na2SiO3 硅溶胶 终止电压： 110V 电流密度： 5 30 mA/cm2 氧化时间： 10min 金基体的粘合性更好。 10 6 KOH Na3PO4 KF Al(NO3)3 控制温度： 50250 终止电压 :90V 电流密度： 10 mA/cm2 氧化时间： 2min 制 得 的氧化膜经过 150 的焙烧处理冷去，与基体的结合更牢固，耐蚀性进一步增强。 11,12 1.3 实验方案设计 综上所述，本论文主要是以镁合金阳极氧化膜的耐蚀性、膜厚等为 考察 指标 ， 确定镁合金阳极氧化基础 电解液体系和 电参数 工艺。
15、同时，考察葡萄糖 添加剂对镁合金 氧化 膜 性能 影响 及耐蚀性研究 。 主要的试验 技术 路线如下： 本实验主要解决电解液配方、电参数优化和添加剂这三个内容。 以下是具体的试验装置： 试 验 方 案 设 计 实验设备调试，试样、药品准备 添 加 剂 选 择 电 参 数 的 优 化 阳 极 氧 化 电 解 液 配 方 的 实 验 氧化 膜层结构 与性能测 试 5 图 1-1 电解反应装置示意图 1.3.1 电解液配方 电解液配方的选取参考现有文献报道的镁合金阳极氧化电解液 ， 通过大量的筛选试验，确定电解液组成为 氢氧化钠、硅酸钠和四硼酸钠这三种组分 。 采用 4 因素 3 水平的正交试验法
16、， 按照 L9(34)表做 9 组试验 ， 以膜层 的厚度和中性盐雾试验 96 小时腐蚀率作为优化标准正交表头如表 1-3 所示 ，确定基础电解液浓度 。 表 1-3 正交试验因素和水平表 水平 因素 a NaOH(g/L) b 硅酸钠 (g/L) c 四硼酸纳 (g/L) d 空列 1 30 20 30 2 45 50 60 3 60 80 90 1.3.2 电参数优化 考察氧化时间、电流密度、脉冲频率和占空 比对镁合金阳极氧化膜性能的响。 采用 4 因素 3 水阳极 阴极 镁合金 不锈钢 6 平的正交试验法 ， 按照 L9(34)表做 9 组试验 ， 以膜层的厚度和中性盐雾试验 96 小时腐蚀率作为优化标准正 交表头如表 1-4 所示 膜， 确定最优电参数 。 表 1-4 正交试验因素和水平表 水平 因素 A 氧化时间 (min) B 电流密度 (A/dm2) C 脉冲频率 (Hz) D 占空比 (%) 1 10 1.0 100 10 2 15 1.5 200 20 3 20 2.0 500 30 1.3.3 添加剂的选择 确定电参数工艺下，在基础电解液中添加不同浓度的 葡萄糖， 研究葡萄糖对镁合金氧化膜性能的 影响 。
