● 摘要
本文在分析了国内外关于镁合金阳极氧化成膜的研究成果和存在问题的基础上,通过大量实验,以常用的铸镁合金AZ91D作为研究材料,系统地研究了直流高压阳极氧化时各组分浓度及工艺参数对氧化膜成分、结构和耐蚀性的影响，以耐蚀性为指标，优选出了由Na2B4O7、KOH、NaF、Na2SiO3、抑弧剂、纳米SiO2(20nm)和 十二烷基磺酸钠组成的碱性体系中直流高压阳极氧化的最佳成膜工艺。采用电压-时间曲线、膜厚-时间曲线、SEM、EDS、XPS、XRD等方法分别研究了AZ91D镁合金在阳极氧化溶液中阳极氧化成膜的动力学过程、所形成氧化膜的形貌、成分和结构。结果表明，AZ91D镁合金在直流高压阳极氧化时，氧化膜的成膜过程可以分为致密膜层的生成、多孔膜层的形成及快速生长和多孔膜层的缓慢生长等几个阶段。致密膜层是通过氧化反应迅速生成的。多孔膜层是依靠电火花产物的生成而形成的，即首先在致密膜层的薄弱部位萌生电火花，生成具有多孔结构的电火花产物，其次通过电火花产物的不断增多，相互衔接，然后形成一层连续的多孔膜层，最终多孔膜层以重叠生长方式不断增厚。因成膜反应的不同，致密膜层主要由MgO组成，含有少量Al的氧化物，多孔膜层则主要由MgF2、MgO和Al2SiO5相组成。采用阳极极化曲线、电化学阻抗谱、盐水浸泡和盐雾实验等方法分别对镁合金阳极氧化膜封闭处理前、后的耐蚀性和腐蚀行为进行了研究。结果表明阳极氧化膜层的耐蚀性与膜层的厚度、结构和成分等诸因素密切相关，封闭处理后的阳极氧化膜层耐蚀性优于未封闭处理的。阳极氧化膜的阳极极化曲线上特征电位值Δφ由封闭前的1200mV提高到封闭后的1500mV左右，电化学阻抗值 Zˊ由封闭前的3.2×106 Ω•cm2提高到封闭后的1.2×107 Ω•cm2，在35 ℃3.5%中性NaCl溶液中浸泡时出第一个腐蚀点的时间由封闭前的120 h延长到封闭后的32d。 AZ91D镁合金和阳极氧化膜在NaCl溶液中腐蚀时，均呈“条形”状的腐蚀形貌。结合实验结果，提出了AZ91D镁合金阳极氧化膜在NaCl溶液中可能发生的腐蚀反应和腐蚀历程模型。