亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        ZrO2納米顆粒含量對AZ91D鎂合金微弧氧化膜耐蝕性的影響

        2023-02-22 06:58:02孟令飛張春華
        航空材料學報 2023年1期
        關鍵詞:裂紋

        孟令飛, 張春華*, 張 松, 張 偉

        (1.沈陽工業(yè)大學 材料科學與工程學院, 沈陽 110870;2.中國科學院金屬研究所 師昌緒先進材料創(chuàng)新中心, 沈陽 110016)

        AD91D鎂合金是以鎂為主要成分的高性能輕質結構材料,比重與塑料相近,剛度、強度不亞于鋁,具有較強的抗震、防電磁、導熱、導電等優(yōu)異性能,并且可以全回收無污染[1-2]。AD91D鎂合金密度只有 1.7 kg/m3,是鋁的 2/3,鋼的 1/4,強度高于鋁合金鋼,比剛度接近鋁合金鋼,能夠承受一定的負荷,具有良好的鑄造性和尺寸穩(wěn)定性以及良好的阻尼系數(shù),減震量大于鋁合金和鑄鐵,非常適用于汽車領域,同時在航空航天、便攜電腦、電器、運動器材等領域有著廣泛的應用空間[3-7]。

        微弧氧化是一種使鋁、鎂、鈦、鋯等閥金屬或其合金在電流作用下產(chǎn)生放電火花,然后通過不同種類電化學反應,最終在金屬表面生成一層均勻絕緣的陶瓷膜層的工藝。該膜層有與基體結合緊密、硬度高、強度高、耐磨性好、耐蝕性好等優(yōu)點[8-10]。將Al、Mg、Ti等閥金屬或其合金置于電解質水溶液中,當外電壓超過一定的值,陽極表面會出現(xiàn)電暈、輝光、火花放電、微弧放電等現(xiàn)象,這種微區(qū)放電現(xiàn)象在陽極表面不同的位置不斷重復出現(xiàn),并且隨著過程的進行,放電火花的形態(tài)、顏色和數(shù)量都發(fā)生明顯變化,最終在材料表面生成陶瓷膜層,達到強化工件表面的目的[11-12]。

        提高微弧氧化膜層耐蝕性的方法主要有三個:對基體進行前處理、在電解液中加入添加劑或顆粒及對微弧氧化膜進行后處理[13]。AZ91D鎂合金作為結構件,有著復雜的形狀、精密的尺寸,前處理、后處理不僅操作復雜,且易影響結構件的精度,所以不采用前處理、后處理兩種方法[14],而是采用在電解液中添加添加劑或顆粒來提高微弧氧化膜層耐蝕性,這也是最便宜、最方便的方法之一[15-16]。ZrO2是一種熔點高、熱膨脹系數(shù)大、導熱率低、耐磨性高、耐蝕性好的一種無機非金屬材料,含有ZrO2的微弧氧化膜層具有較好的耐磨性、耐蝕性、隔熱性能、熱震性能、抑菌性能等[17-20]。通常有兩種方法制備含有ZrO2的微弧氧化膜[21-22]:一種是在鋯酸鹽電解液中制備氧化膜,但這種方法的電解液主要采用氟鋯酸鉀,這是一種有毒的物質,具有腐蝕性,污染環(huán)境,使用后須經(jīng)處理才能排放;另一種是采用兩步法制備氧化膜,一般先制備一層不含鋯的微弧氧化膜,然后通過微弧氧化、等離子體噴涂等技術制備第二層含有ZrO2的膜層,這種方法工序復雜。本工作利用納米顆粒的特性,選用納米ZrO2顆粒加入電解液中,制備無毒環(huán)保型含有ZrO2顆粒的微弧氧化膜,研究電解液中ZrO2顆粒含量對AZ91D鎂合金表面微弧氧化膜層微觀結構、相組成及耐蝕性的影響。

        1.1 實驗材料

        實驗材料為AZ91D鎂合金,試樣尺寸為4 mm×20 mm×2 mm,其成分如表1 所示。在制備樣品前,分別用無水乙醇、去離子水對樣品表面進行除油、清洗處理,然后冷風吹干。納米ZrO2顆粒的晶粒尺寸約為100 nm。電解液中主要成分為Na2SiO3,含量為5 g/L,化學試劑均為分析純。

        表1 AZ91D 鎂合金的化學成分(質量分數(shù)/ %)Table 1 Chemical composition of AZ91D magnesium alloy(mass fraction/%)

        1.2 微弧氧化膜層制備

        使用超聲和機械攪拌裝置分散電解液中的納米 ZrO2顆粒,其含量分別為 1 g/L、2 g/L、3 g/L。采用單極性脈沖電源進行微弧氧化處理。AZ91D鎂合金作為陽極,石墨板作為陰極,控制電流密度為 2 A/cm2,頻率為 200 Hz,占空比為 60%,電解液溫度控制在45 ℃以下。微弧氧化處理后,用去離子水將樣品表面沖洗干凈,并用暖風吹干。

        1.3 微弧氧化膜層形貌分析與結構分析

        采用S50型掃描電子顯微鏡觀察氧化膜的表面及截面形貌,采用電鏡附帶的能譜儀(EDS)對膜層表面進行元素含量分析。

        1.4 微弧氧化膜層結構分析

        采用X射線衍射儀氧化膜進行晶體結構分析,輻射源為Cu靶Ka源,管電源為40 kV,掃描速度為 10 (°)/min,掃描范圍為 10°~90°。

        1.5 微弧氧化膜層耐蝕性分析

        采用CHI660E電化學工作站,在質量分數(shù)3.5%的NaCl溶液中,采用三電極體系,試樣作為工作電極,飽和甘汞電極為參比電極,鉑電極為輔助電極進行測量。極化曲線掃描范圍為-0.3~1.6 V,掃描速率為 0.167 mV/s。電化學阻抗譜施加的正弦擾動信號為相對開路電位10 mV,頻率掃描范圍為100~10 mHz,得到的數(shù)據(jù)使用Zsimpwin軟件進行分析。

        2 結果與討論

        2.1 相分析

        圖1為不同ZrO2顆粒含量電解液中形成的微弧氧化膜的XRD譜圖。從圖1可以看出含有納米ZrO2顆粒的微弧氧化PEO陶瓷涂層中主要含有MgO、Mg2SiO4、ZrO2相,譜圖中還能檢測到Mg相的存在,主要是因為微弧氧化膜層厚度比較薄,X射線發(fā)出后,穿過膜層,并從基體衍射而被接收器接收所導致的結果,也可能是因為氧化膜中有部分尚未完全氧化的Mg。隨著納米ZrO2含量增加,Mg2SiO4的衍射峰先增大后減小,MgO的衍射峰先減小后增大。隨著納米ZrO2粒徑的增加,MgO的衍射峰逐漸減小。這是由于在微弧氧化過程中,Mg2+由基體遷移到膜層與電解液界面。同時,O2-由電解液遷移到基體/膜層界面,MgO則同時在這兩個界面上形成。硅酸鈉被水解為 Si(OH)4,SiO2由SiO4

        圖1 不同 ZrO2 顆粒含量電解液中形成的微弧氧化膜的XRD譜圖Fig.1 XRD patterns of MAO coatings prepared from the electrolyte with different contents of ZrO2

        4-直接生成,或者由Si(OH)4脫水形成。微弧氧化過程中產(chǎn)生的高溫將SiO2和MgO瞬間熔化,微弧消失后,SiO2和過量MgO的高溫相最終轉變?yōu)?Mg2SiO4和 MgO。若將 Mg2SiO4看作由MgO和SiO2混合而成,SiO2的質量分數(shù)隨著處理時間的延長而降低。當SiO2的質量分數(shù)過低時,熔融氧化物在電解液中遇冷并在冷卻作用下最終轉變?yōu)镸g2SiO4和 MgO的混合物。

        2.2 微觀組織及元素分布

        2.2.1 表面微觀組織及元素分布

        通過EDS得到的膜層表面主要元素的相對含量如表2所示,膜層中主要含有 Zr、Si、Mg、O、Na五種元素。從表2可以看出,膜層中含有Zr元素,結合XRD結果,這說明ZrO2顆粒被成功摻入到微弧氧化膜層中,且隨著ZrO2顆粒含量的增加,膜層中Zr元素含量也隨之增加,而Mg、Si兩種元素含量相繼浮動,O元素含量幾乎沒有變化。

        表2 微弧氧化膜表面主要元素的相對含量(原子分數(shù)/%)Table 2 Relative contents of main elements on surface of coating by EDS analysis (atom fraction/%)

        圖2是電解液中不同含量ZrO2顆粒的微弧氧化膜層表面形貌。由圖2(a)可以看出,膜層表面有大量的胞狀團簇、微孔、微裂紋等缺陷。胞狀團簇是微弧氧化反應過程中,熔融物遇冷凝固形成的。微孔是微弧氧化膜層表面的典型特征,反應過程中因為有氧氣逸出,熔融物冷卻速度快,來不及將微孔堵住就凝固在了表面,因此留下了微孔。而膜層表面有微裂紋的存在是因為膜層生長過程中的應力釋放[23]。當膜層中復合納米ZrO2顆粒后,膜層表面胞狀團簇的尺寸增加,微孔逐漸被封閉(圖2(b)~(d)),特別是 1 g/L ZrO2顆粒電解液形成的膜層,微孔尺寸減小,微裂紋不明顯;但隨著電解液中ZrO2顆粒由2 g/L向3 g/L進一步增加時,膜層表面形成的裂紋越來越顯著。這是由于,ZrO2顆粒通過高溫等離子體對納米粒子的強烈擾動、電泳力的攪動、擴散以及氣體逸出等作用摻入膜層中,但同時由于微弧氧化微區(qū)的高溫,ZrO2顆粒在摻入時體積收縮,而當冷卻時,其體積又擴大,濃度越高,效果越明顯,因此,膜層表面會隨著ZrO2顆粒復合量的增多,產(chǎn)生明顯的裂紋[24-25]。

        圖2 不同 ZrO2 顆粒含量電解液中形成的微弧氧化膜層的表面形貌 (a)0 g/L;(b)1 g/L; (c)2 g/L;(d);3 g/LFig.2 Surface morphologies of MAO coatings prepared from electrolyte with different ZrO2 contents (a) 0 g/L; (b)1 g/ L;(c) 2 g/L;(d) 3 g/L

        2.2.2 截面微觀組織和元素分布

        圖3是不同ZrO2顆粒含量電解液中形成的微弧氧化膜層截面形貌。從圖3可以看出,3 g/L的復合膜層厚度約為40 μm,其余三種微弧氧化膜層厚度均約為35 μm,可分為兩層結構,外部為孔洞較多的疏松層,部分區(qū)域在制樣過程中已經(jīng)脫落??拷w的一側為致密層,致密層中的孔洞相對較少,致密層和基體之間觀察不到過渡層。從結果分析得知,含有納米顆粒的膜層,由于ZrO2的滲入內(nèi)部致密層的微孔和微裂紋大大減少。

        圖3 不同 ZrO2 顆粒含量電解液中形成的微弧氧化膜層的截面形貌 (a)0 g/L; (b)1 g/L; (c)2 g/L;(d)3 g/LFig.3 Cross section morphologies of MAO coatings prepared from the electrolyte with different ZrO2 contents ( a) 0 g/L;(b)1 g/ L;(c) 2 g/L;(d) 3 g/L

        2.3 耐蝕性能

        2.3.1 極化曲線

        圖4是不同ZrO2顆粒含量電解液中形成的微弧氧化膜層在質量分數(shù)3.5%的NaCl溶液中的極化曲線。表3是不同ZrO2顆粒含量電解液中形成的微弧氧化膜層極化曲線的擬合參數(shù),其中,自腐蝕電位(Ec)、自腐蝕電流密度(ic)、陽極斜率(βa)和陰極斜率(βc)是由Origin軟件分析得出,極化電阻(Rp)是根據(jù)Sterne-Geary公式(式(1))計算得到的。原則上,自腐蝕電位越高,自腐蝕電流密度越低,樣品的耐蝕性越好,但是,與自腐蝕電位相比,自腐蝕電流密度的影響程度更大。從圖4和表3中可以看出,不含ZrO2顆粒含量電解液中形成的微弧氧化膜層自腐蝕電位雖然不是最低(-1512.37 mV),但是它的自腐蝕電流密度是最大的,為0.48 μA·cm-2,且其極化電阻值為 62.12 kΩ·cm2,所以其耐蝕性能最差;不同ZrO2顆粒含量電解液中形成的微弧氧化膜層自腐蝕電流密度隨ZrO2顆粒含量增加依次增加,極化電阻值也依次降低。1 g/L的微弧氧化膜層的極化電阻可達到 1.9×106kΩ·cm2??梢钥闯?, ZrO2顆粒的加入后,膜層的耐蝕性能得到提升,且ZrO2顆粒含量為1 g/L時,膜層的耐蝕性最好。

        表3 4 種微弧氧化膜層的極化曲線參數(shù)Table 3 Potentiodynamic polarization parameters of four kinds of coating

        圖4 不同ZrO2顆粒含量電解液中形成的微弧氧化膜層的動電位極化曲線Fig.4 Potentiodynamic polarization curves of MAO coatings prepared from the electrolyte with different ZrO2 contents

        2.3.2 電化學阻抗譜

        圖5是不同ZrO2顆粒含量電解液中形成的微弧氧化膜層在質量分數(shù)為3.5%的NaCl溶液中的電化學阻抗譜圖。根據(jù)阻抗譜圖擬合出了適合的等效電路如圖6所示。等效電路的各項擬合數(shù)據(jù)列于表4中,其中,Rs代表溶液電阻,Rp代表外部疏松層電阻,Rb代表內(nèi)部阻擋層電阻,Qp和Qb是常相位角元件,分別代表疏松層和致密層的電容值。

        圖5 不同ZrO2顆粒含量電解液中形成的微弧氧化膜層的電化學阻抗譜圖Fig.5 Nyquist plots of MAO coatings prepared from the electrolyte with different ZrO2 contents

        圖6 微弧氧化膜層的等效電路圖Fig.6 Equivalent circuit model of coatings different ZrO2 contents

        通過圖5可以看到,4種樣品的微弧氧化膜層均呈現(xiàn)出一個容抗弧,一般來說,容抗弧半徑越大表明樣品在溶液中的腐蝕速率越低,代表樣品的耐蝕性越強。在4種樣品中,含有ZrO2顆粒的微弧氧化膜的耐蝕性均大于不含有ZrO2顆粒的微弧氧化膜,同時,在3種含ZrO2顆粒的膜層中,含有1 g/L ZrO2顆粒的膜層的半徑最大,含有 2 g/L ZrO2顆粒的膜層次之,含有3 g/L ZrO2顆粒的膜層其半徑最小。通過擬合后的表4可知,含有ZrO2顆粒的微弧氧化膜層的Rb的值遠遠大于不含ZrO2顆粒的微弧氧化膜層,且當ZrO2顆粒含量為1 g/L時,膜層的阻抗值最大。因此,可以得出,ZrO2顆粒含量為1 g/L時的微弧氧化膜層耐蝕性最好,與極化曲線所得結果一致。

        表4 不同ZrO2顆粒含量電解液中形成的微弧氧化膜層等效電路的擬合數(shù)據(jù)Table 4 EIS fitting of MAO coatings prepared from the electrolyte with different ZrO2 contents

        3 結論

        (1)在電解液中添加少量的納米ZrO2顆粒,通過微弧氧化處理后,ZrO2顆??梢詽B入到膜層內(nèi)部,在膜層生長過程中通過放電通道及微孔、微裂紋等方式進入膜層,填充膜層中原有的微孔、微裂紋,使膜層中的缺陷減少;但隨著膜層中ZrO2顆粒復合量的進一步增大,由于ZrO2自身體積熱脹冷縮的性質,膜內(nèi)的殘余應力增大,導致膜層產(chǎn)生的裂紋增強。

        (2)在3.5%NaCl溶液中,含有ZrO2顆粒的微弧氧化膜的耐蝕性優(yōu)于無添加的微弧氧化膜的;當電解液中ZrO2顆粒含量為1 g/L時,形成的微弧氧化膜層的耐蝕性能最佳,且膜層的耐蝕性好于電解液中 2 g/L 和 3 g/L ZrO2顆粒形成的微弧氧化膜層的耐蝕性能。

        猜你喜歡
        裂紋
        基于擴展有限元的疲勞裂紋擴展分析
        裂紋長度對焊接接頭裂紋擴展驅動力的影響
        裂紋圓管彎曲承載能力研究
        裂紋敏感性鋼鑄坯表面質量控制
        山東冶金(2019年6期)2020-01-06 07:45:58
        Epidermal growth factor receptor rs17337023 polymorphism in hypertensive gestational diabetic women: A pilot study
        42CrMo托輥裂紋的堆焊修復
        山東冶金(2019年3期)2019-07-10 00:54:06
        心生裂紋
        揚子江(2019年1期)2019-03-08 02:52:34
        Overcoming scarring in the urethra:Challenges for tissue engineering
        微裂紋區(qū)對主裂紋擴展的影響
        A7NO1鋁合金退火處理后焊接接頭疲勞裂紋擴展特性
        焊接(2015年2期)2015-07-18 11:02:38
        日本高级黄色一区二区三区| 人妻中出精品久久久一区二 | av一区二区三区高清在线看| 久久亚洲国产高清av一级| 特级黄色大片性久久久| 户外精品一区二区三区| 久久777国产线看观看精品| 成人国产一区二区三区| 国产午夜成人av在线播放| 国产成人涩涩涩视频在线观看| 亚洲男人的天堂网站| 国产精品成人av在线观看| 亚洲国产夜色在线观看| 免费一级a毛片在线播出| 99久久亚洲精品加勒比| 亚洲乱码中文字幕第一页| 日韩人妻中文字幕专区| 18国产精品白浆在线观看免费| 亚洲精华国产精华液的福利| 欧美性福利| 国产亚洲精品不卡在线| 一区二区三区熟妇人妻18| 极品尤物精品在线观看| 久久精品国产清自在天天线| 国精产品推荐视频| 亚洲av无码一区二区三区在线 | 美女一区二区三区在线观看视频| 色婷婷一区二区三区久久亚洲| 国产偷国产偷亚洲综合av| 一本色道久久爱88av| 久久久久久国产精品无码超碰动画| 天天躁日日躁狠狠躁人妻| 色噜噜狠狠色综合欧洲| 午夜视频一区二区三区四区| 狠狠躁天天躁无码中文字幕图| 国产乱码一区二区三区爽爽爽| 日日av拍夜夜添久久免费| 国产成人无码A区在线观| 无遮挡很爽视频在线观看| 久久人妻精品免费二区| 亚洲日韩精品无码av海量|