几种添加剂作用的微弧氧化膜表面结构及防腐性能
崔学军，平 静，窦宝捷，附青山，林修洲
【摘 要】摘 要: 为定性比较添加剂对涂层防腐性能的作用，通过恒压微弧氧化(MAO)方法在AZ31B镁合金表面制备氧化陶瓷膜，采用扫描电子显微技术(SEM)、中性盐雾试验(NSS)等手段，考察了KOH及添加剂Na2B4O7、C6H5Na3O7和EDTA-2Na浓度(质量浓度)对MAO膜表面形貌、防腐性能、粗糙度和厚度的影响。结果表明：单一组分Na2SiO3电解液因较高起弧电压而未能在260 V恒压条件下获得具有“火山口”形貌特征的MAO膜，其防腐性能较差。适量KOH因较低微弧等离子体诱发电压和OH?较快的放电作用，提高了涂层的防腐性能。在优化的Na2SiO3-KOH体系中引入10～15 g/L Na2B4O7，因其特殊的形成过程及其“火山喷射状”的微结构，且获得的MAO膜具有自封孔结构，提高了其对镁合金的点腐蚀防护性能。C6H5Na3O7和EDTA-2Na具有抑弧效应，获得的MAO膜表面微孔分布均匀，但降低了MAO膜的厚度、粗糙度以及防腐性能。 【期刊名称】中国表面工程 【年(卷),期】2018(031)002 【总页数】12
【关键词】关键词: 镁合金；微弧氧化；添加剂；耐蚀性；粗糙度
0 引 言
微弧氧化(MAO)技术，因其涂层结构可控及优异的耐蚀耐磨性，已成为镁合金表面防护的重要手段之一[1-3]。这种技术所形成的涂层(简称MAO膜)主要由MgO及Mg盐(如Mg2SiO4、Mg3(PO4)2、MgAl2O4等)组成。电解液组成
及其浓度是影响MAO膜成分、结构和性能的关键因素。
常见的微弧氧化电解液有硅酸盐、磷酸盐和铝酸盐体系。但磷酸盐电解液污染环境，而铝酸盐、硅酸盐体系更易成膜，制备的膜层防腐性能较好。Ghasemi等[3]详细地研究了KOH与Na2SiO3、Na3PO4 和NaAlO2中任意单一组合电解液中阴离子对膜层结构及性能的影响，结果表明阴离子影响膜层的厚度和形貌，而Na2SiO3电解液中得到的膜层具有最小的孔密度和最佳的耐蚀性能。郭洁等[4]通过研究硅酸盐(Na2SiO3-KOH)、磷酸盐(Na3PO4-KOH)、铝酸盐(NaAlO2-Na3PO4-KOH)3种基础电解液中AM60B镁合金氧化膜在高温油润滑条件下的摩擦学性能，结果证实硅酸盐膜具有最好的摩擦学性能。
此外，由于MAO膜对处理液中的阴离子吸附具有选择性，吸附性最强的是而且MAO电解液以碱性居多，因此硅酸盐体系成为最常用的基础电解液。D Sreekanth等[5]以10 g/L Na2SiO3·9H2O+4 g/L KOH为基础电解液体系，分别研究了 2 g/L 的 NaAlO2、Na2B4O7·10H2O、K2TiF6、Na3PO4·12H2O以及 CH4N2O对镁合金AZ31表面MAO膜形貌及腐蚀行为的影响，结果表明阴离子参与成膜过程，并影响膜层的化学组成、形貌及耐蚀性能，且硼酸根离子参与的膜层具有良好的防腐性能。Chen等[6]也以10 g/L Na2SiO3+1 g/L NaOH为基础电解液体系，详细考察了F?和PO43?对MAO结构和耐蚀性的影响，结果表明F?提高了MAO膜的致密性以及耐蚀性能。
除了在基础电解液中添加无机添加剂促进成膜外，还可以添加有机添加剂有效地抑制火花放电，使镁合金阳极氧化时的外电压达到很高而不产生火花，如硅烷偶联剂[7]、丙三醇[8]、有机胺[9]、苯二甲酸[10]等物质。这些有机或无机添
加剂中，如氢氧化物[3, 11-12]以及硼酸[5, 13-14]、柠檬酸[9, 13, 15]、EDTA[8, 16-17]或它们的盐，都能对MAO膜的形成过程起到有效的作用，但是否能增强MAO膜对镁合金的腐蚀防护能力，却缺乏定性的比较。并且，电解液的浓度影响膜层的结构和性能。姚等[18]研究表明电解液浓度影响MAO膜的厚度、表面结构及性能，在硅酸盐电解液体系中引入5 g/L(NaPO3)6时在镁合金表面获得的膜层耐蚀性最佳。Simchen等[19]证明MAO的起弧电压取决于电解液中阴离子的类型及浓度。Ono等[20]也进一步证实相同电参数条件下，MAO膜的厚度和耐蚀性取决于电解液浓度，而与电流密度无关。此外，一些研究中常常复合多种电解质物质或与能提高MAO膜耐蚀性但对人体有害的含氟化合物混合[8-9, 11]，其对MAO膜的耐蚀性作用机理及贡献不清楚。 因此，在追求绿色环保MAO膜制备技术的同时，电解液组成及其浓度(质量浓度)对MAO膜防腐性能的贡献至关重要。文中选取硅酸盐电解液体系，考察KOH、Na2B4O7、C6H5Na3O7以及EDTA-2Na对MAO膜结构及防腐性能的影响，为优化环保高防腐MAO膜的电解液提供理论依据和试验支撑。
1 材料与方法
1.1 试样制备
基体为AZ31B镁合金(连铸连轧板)，试样尺寸为30 mm×25 mm×2 mm，其化学成分(质量分数)为：2.94% Al，0.9% Zn，0.23% Mn，0.01%Si，0.01% Cu，0.000 53% Ni，0.003% Fe，Mg 余量。依次对试样进行如下处理：碱洗除油→水洗→冷风吹干→打磨(200～1 200号SiC砂纸)→丙酮超声→水洗→冷风吹干，待用。
采用QX-30 型MAO成套设备对镁合金样品进行MAO处理，镁合金样品用铝
几种添加剂作用的微弧氧化膜表面结构及防腐性能
