SiC_P_AZ31镁基复合材料微弧氧化膜结构与性能分析.pdf
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1、 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/第24卷 第3期2009年5月 无 机 材 料 学 报Journal of InorganicMaterialsVol.24,No.3May,2009文章编号:10002324X(2009)0320612205DO I:10.3724/SP.J.1077.2009.00612收稿日期:2008208222,收到修改稿日期:2008210231基金项目:北京市科技新星计划(9558102500);教育部留学回国人员科研启动
2、基金;北京市留学人员科技活动项目作者简介:薛文斌(19682),男,博士,教授.E2mail:SiCP/AZ31镁基复合材料微弧氧化膜结构与性能分析薛文斌1,金 乾1,朱庆振1,马跃宇2(1.北京师范大学 核科学与技术学院射线束与材料改性教育部重点实验室,北京100875;2.北京有色金属研究总院 复合材料中心,北京100088)摘 要:采用微弧氧化表面处理技术在SiC颗粒增强AZ31镁基复合材料表面制备保护性陶瓷膜.分析了陶瓷膜的表面形貌、截面组织和相组成,并测量了膜层的硬度、热震和电化学腐蚀特性.结果表明,陶瓷膜由MgO、Mg2Si O4和少量同电解液组成元素相关的相所组成,膜内还残留少量
3、SiCP增强体.膜层的最高硬度可达到HV800,比复合材料基体提高五倍以上.经过100次热循环(500 水淬)后膜层与复合材料结合良好,显示该膜层有较好的抗热震性能.微弧氧化处理后,SiCP/AZ31镁基复合材料的抗腐蚀能力得到较大提高.关 键 词:微弧氧化;镁基复合材料;陶瓷膜;性能中图分类号:TG174 文献标识码:AStructure and Properties ofM icroarc Oxidation Coatings onSiCP/AZ31 Magnesium Matrix CompositeXUE Wen2Bin1,J IN Qian1,ZHU Qing2Zhen1,MA Yu
4、e2Yu2(1.KeyLaboratory of Beam Technology and MaterialsModification ofMinistry of Education,College of Nuclear Science andTechnology,BeijingNormalUniversity,Beijing 100875,China;2.CompositeMaterials Center,General Research Institute ofNonferrousMetals,Beijing 100088,China)Abstract:The protective cera
5、mic coatingswere prepared on SiC particle reinforced magnesium matrix com2posite by microarc oxidation(MAO)surface treat ment technique.The surface morphology,cross2sectionalmicrostructure and phase constituent of ceramic coatingswere analyzed.And the microhardness profile,ther2mal shock resistance
6、and electrochemical corrosion behavior of the coatings were measured.The ceramiccoating consists ofMgO,Mg2SiO4and a few phases related to the electrolyte elements.Furthermore,a fewresidual SiC reinforced particles are also remained in the coatings.The maxi mum hardness of the coating isabout HV800,w
7、hich is at least five times higher than that of the uncoated composite substrate.The coatingsdo not detach from composite substrate after the coated samples undergo 100 thermal shocks,heating thesample to 500and then quenching into water,which displays a good thermal shock resistance for theMAOcoati
8、ngs on SiCP/AZ31 composite.In addition,afterMAO surface treatment,the corrosion resistance of theSiCP/AZ31 composite is greatly improved.Key words:microarc oxidation;magnesium matrix composites;ceramic coating;properties 镁基复合材料密度低、强度高、弹性模量高,在汽车、电子、航空航天等工业领域受到广泛的关注.但是金属镁的化学性质活泼,电极电位低,容易被腐蚀.另外,SiC等增强相
9、的加入,使复合材料内部组织结构极不均匀,增强体与金属基体反应形成化合物,其周围会存在一些微裂纹,这使它在使用环境中极易遭受点蚀、剥蚀、磨蚀、电偶腐蚀等形式的破坏,导致镁基复合材料的耐腐蚀性能比镁合金更差1.某些镁基复合材料在实验室条件下即可被腐蚀,如果不进行表面防护处理,镁基复合材料难以广泛应用.有关镁基复合材料腐蚀机理及表面防护方法的研究非常有限.由于陶瓷增强体的阻碍作用,阳极氧 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/第3期薛文斌,等:SiCP/AZ31镁基
10、复合材料微弧氧化膜结构与性能分析化和化学膜转化等传统方法获得的膜层太薄2,3,不能在金属基复合材料表面形成连续致密的氧化膜.微弧氧化利用电解液里有色金属表面微区火花放电现象,在沉积膜的同时通过放电区局部烧结作用在金属表面生成致密的氧化物陶瓷涂层,提高金属的耐磨、耐蚀、绝缘性能.目前铝、镁、钛等金属表面微弧氧化已有较多研究428,对铝基复合材料微弧氧化也有初步研究9213.本课题组分析SiC颗粒增强铝基复合材料微弧氧化膜发现,在微弧放电作用下铝基复合材料内SiC颗粒也被氧化,从而获得性能良好的连续致密陶瓷膜12,13.目前关于镁基复合材料微弧氧化的报道还很少,王艳秋等14216 初步尝试把微弧氧
11、化技术应用到SiC或Al18B4Ol33晶须增强AZ91镁基复合材料上,证实微弧氧化表面处理可以提高镁基复合材料的耐腐蚀性能,但其获得的膜层较薄,膜致密性还需要提高.另外,同晶须增强体相比,颗粒增强体在微弧氧化膜内可能残留更多,这是否影响氧化膜完整性还不清楚.本工作在SiCP/AZ31颗粒增强镁基复合材料表面制备出较厚的致密微弧氧化膜,分析了陶瓷膜的形貌、组织和相组成,测量了膜层的硬度、热震和电化学腐蚀特性,并评估了膜厚对它们的影响.1 实验方法实验所用材料为铸造法制备的SiCP/AZ31颗粒增强镁基复合材料,并经过挤压成形为 35mm的棒材(北京有色金属研究总院提供).基体为AZ31D镁合金
12、,成分为2.5wt%3.5wt%Al,0.6wt%1.4wt%Zn,0.2wt%1.0wt%Mn,余量Mg.增强粒子SiC的体积分数为6vol%,平均粒径为10.0m.试样加工成40mm15mm2mm块状,表面清洗后放入电解液中进行微弧氧化处理.自制的微弧氧化装置包括交流脉冲电源、电解槽、冷却和搅拌系统,复合材料试样和不锈钢电解槽为对电极.电解液为4g/L K OH+4g/L Na3PO4+少量KF的水溶液,控制电解液温度不超过40.正向电压+520V,负向电压-120V.使用DWH2A型涡流测厚仪无损测量陶瓷膜厚度.用S24800扫描电子显微镜(SEM)观察不同厚度微弧氧化膜的表面形貌和横截
13、面组织.陶瓷膜的物相分析由XPERT PRO MPD X射线衍射仪(XRD)测得.采用HX21显微硬度计测量陶瓷膜截面的硬度分布.对不同膜厚样品在马弗炉内加热到500,保温5min后取出水淬进行热震实验.样品尺寸为15mm10mm2mm,热循环次数为100次,在显微镜下观察其裂纹条数及长度随热循环次数的变化.采用三电极体系,利用CS300UA电化学工作站测定SiCP/AZ31镁基复合材料基体及不同膜厚样品在3.5wt%NaCl溶液中的极化曲线,来评价膜层的耐腐蚀性能.参比电极为饱和甘汞电极(SCE),辅助电极为铂丝,试样面积为1.0cm2,扫描速度为1mV/s.2 结果和讨论2.1 微弧氧化膜
14、形貌和显微组织在本实验条件下,SiCP/AZ31镁基复合材料微弧氧化膜的厚度可以达到80m以上,远高于文献报道的SiCW晶须增强镁基复合材料微弧氧化膜厚度14.图1显示了厚度为30和80m微弧氧化膜的表面形貌.图1(a)显示典型的微弧氧化膜表面形貌,表面有许多颗粒及残留放电孔,与铝合金微弧氧化膜的形貌类似.比较图1(a)和(b)发现,30m膜表面有少量微裂纹,80m膜的表面比30m膜表面的颗粒物、残留气孔和微裂纹明显减少,并且前者膜表面熔化痕迹更明显.这是因为随氧化时间延长,膜厚度增加时大的火花放电逐渐减少,细碎的小火花一直出现在样品表面,表面的沉积物逐渐覆盖原先形成的大颗粒和孔洞.图1 不同
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- 关 键 词:
- SiC_P_AZ31 复合材料 氧化 膜结构 性能 分析
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