AZ91镁合金表面MAO膜层硅烷化处理
AZ91镁合金表面MAO膜层硅烷化处理[20201304195345]
摘要
本文对微弧氧化及硅烷化技术的定义、意义、研究重点、研究状况进行简单的介绍，简单分析了这两项技术的应用状况，使用前景等。
以AZ91镁合金为基体，对镁合金进行微弧氧化处理，分别测量其在不同的电流密度、不同频率、不同占空比下膜层的厚度。分别进行对比，得出结论。对MAO膜层进行硅烷化处理，研究其在不同硅烷浓度，不同固化时间，不同固化温度下的耐蚀性。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:ZA91表面处理微弧氧化硅烷化
目录
1.绪论 1
1.1课题背景 1
1.2微弧氧化技术研究概况 1
1.2.1微弧氧化工艺特点及应用 1
1.2.2微弧氧化技术的发展趋势 2
1.3硅烷化技术的研究概况 2
1.3.1硅烷化技术的特点及应用 2
1.3.2硅烷化技术的发展趋势 3
2 实验部分 5
2.1实验材料 5
2.2实验仪器及设备 5
2.3硅烷化实验 7
2.4性能检测 8
2.4.1厚度测试 8
2.4.2微观形貌分析 8
2.4.3 X射线衍射分析 8
2.4.4耐蚀性能测试 8
3 结果与讨论 10
3.1电参数对MAO膜层厚度的影响 10
3.1.1电流密度的影响 10
3.1.2脉冲频率的影响 11
3.1.3占空比的影响 12
3.2电参数对MAO膜层物相的影响 13
3.3电参数对MAO膜层显微形貌的影响 15
3.4微弧氧化膜层耐腐蚀性能 16
3.4.1电参数对MAO膜层耐蚀性的影响 16
3.4.2硅烷化对MAO膜层耐蚀性的影响 18
结论 22
参考文献 23
致谢 24
1.绪论
1.1课题背景
近几十年来金属的表面处理技术有了巨大的发展，人们开创了很多种表面处理技术，例如：电镀、电泳、锌镀、发黑、金属表面着色、抛丸、喷砂、喷丸、磷化、钝化等。其中有两种处理方法广受社会欢迎，即使用磷酸盐和铬酸盐作为处理剂来处理产品。因为这两种处理剂处理得到的涂层与基体材料的结合力以及抗腐蚀性等性能都非常优异，但是这两种处理方法有极大的缺陷，用其做成的表面处理剂以及排出的废液含有多种有害离子和致癌物质，其对环境污染非常严重，人们正在逐渐淘汰这两种处理方法。
在使用磷化处理和铬酸盐钝化处理过程中，需要对处理液进行加热，处理过程中损耗的能量较大，处理工艺十分复杂，操作也不方便［1］，为满足人们对环境保护和资源节约的要求，开发对环境没有污染的金属表面处理新技术已经越来越急迫。微弧氧化及硅烷化表面处理正是为适应这种急切的需求而研发的金属表面处理新技术。硅烷化处理与传统磷化及铬酸盐钝化相比具有以下多个优点［2］：无有害重金属离子，不含磷，无需加热［3］；在硅烷处理过程不会产生沉淀物，处理时间短，操作简单；加工工序少，处理液可以多次使用；对提高油漆在金属表面附着力有显著效果；在同一条生产线上可以同时处理多种金属制品。因此，金属表面硅烷化处理被认为有望完全取代金属表面的磷化和铬酸盐钝化处理，是一种环保型的新型金属表面处理技术。
1.2微弧氧化技术研究概况
1.2.1微弧氧化工艺特点及应用
耐磨性能：Al、Mg合金微弧氧化后产物的主要成分分别为Al2O3、MgO、TiO2［4］。由于微弧氧化后表面为陶瓷膜，所以微弧氧化表面陶瓷膜具有比较高的硬度值，其硬度值可以达到2500HV，从而使产品具有优良的耐磨性，其耐磨性能比传统阳极氧化和镀硬铬镀层更加优异。
耐腐蚀性能：虽然在陶瓷表面氧化膜层上存在很多孔洞，但这些孔洞为盲孔；而且微弧氧化陶瓷膜层有很明显的三层结构，分别为疏松层、致密层和过渡层。因此陶瓷层对金属内部有较好的保护作用，耐蚀性能大大提高。
厚度、颜色均匀：在微弧氧化作业时，正极与试样相连，不锈钢板与阴极相连。通电后，试样表面电流分布均匀[5] ，因此试样最终陶瓷层厚度及色泽非常均匀。
环保：微弧氧化电解液中的各种离子在微弧氧化过程中只起导电作用，基本上不消耗，所以使用率非常高，废物排放率低。另外，微弧氧化溶液呈中性或碱性，而且溶液中不含重金属离子，所以微弧氧化技术环保、无污染［4］。
目前微弧氧化技术在很多领域都有应用如：在镁合金表面处理上的应用、耐磨件的表面处理、耐热表面处理、电工材料上的应用、光学材料方面的应用、某些特殊铝合金的表面处理、在钛合金表面处理的应用等［2］。
1.2.2微弧氧化技术的发展趋势
1) 微弧氧化设备产能和能源利用率问题：该技术不能广泛推广的一个重要问题是微弧氧化的产能问题。在微弧氧化过程中能源利用率非常低［6］，在铝、镁等及其合金微弧氧化过程中，总电流效率在10%~30%之间变化。由此可知，在微弧氧化过程中，浪费在溶液升温方面的能量占据了大部分，真正用来工作的能量只占了很少一部分。如果想要大范围推广该项技术，那就必须要提高微弧氧化设备的产能问题和能源利用率问题。
2) 产品表面颜色的多样性问题：微弧氧化技术固然解决了材料的防腐、耐磨等问题，但是通过微弧氧化技术生产出的陶瓷层颜色比较单一。目前可以量产的颜色基本有黑色、白色、灰色和咖啡色，单一的颜色限制了微弧氧化技术的应用［7］，尤其是需要将此技术用在表面装饰时，更加体现了其局限性。为了使其在表面装饰上得到较好的应用，一般的处理工艺为先进行微弧氧化然后对其表面进行油漆处理。该处理从本质上来说没有降低公司成本，反而增加了工序。所以想要将微弧氧化技术更好的应用到表面处理上，必须解决颜色单一的问题，尽量使颜色能够向多元化方向发展。
3) 微弧氧化表面膜层粗糙度问题：试样经过维护氧化过后表面膜层存在大量孔洞，大量存在的孔隙和不均匀分布孔洞影响着其表面的光泽度和粗糙度［8］。膜层厚度越大微弧氧化表面越粗糙，这个缺点又大大减少了微弧氧化陶瓷层的应用范围，所以还得从减小孔洞半径和孔隙率、提高孔洞分布的均匀性这几方面着手来提高其膜层表面的光泽度［2］。
1.3硅烷化技术的研究概况
1.3.1硅烷化技术的特点及应用
磷化处理是近几年来人们使用最为广泛的一种表面处理方法。其在保护涂层有较好的耐久性和防腐蚀性能方面具有显著的效果。自磷化技术被创立以来，磷化技术不断发展，从30年代的锌系磷化技术和铁系磷化技术到60~70年代的改良锌系磷化技术，随后到90年代初期的无镍磷化技术，最终到2002年氧化铁系磷化技术［9］。随着磷化技术的不断发展创新，其应用领域越来越广［1］，为防腐蚀事业作出了突出贡献。为了贯彻清洁生产的标准，开发更加环保的技术和产品，近年来有一些新的磷化技术得到开发及应用。在磷化技术改革上，尽管人们进行了大量革新但是依旧无法改变磷化污染环境这个现实的问题，传统预处理工艺具有很多缺陷。硅烷化处理是目前较为新潮的一种表面预处理技术，目前硅烷技术在普通工业中已开始逐步取代铁系和锌系磷化［10］。在金属表面吸附了一层超薄的类似磷化晶体的三维网状结构的有机涂层，同时在界面形成的Si-O-Me共价键分子间力很强，将与金属表面和随后的油漆涂层形成良好的附着力，硅烷技术的成功应用给磷化技术带来革命性的变革。
目前市场上使用最为广泛的硅烷处理方法是将稀释的有机硅烷定量水解成硅醇基团，当未发生完全水解时，我们仍能够得到高质量的有机硅烷膜，因为未水解的酯基在金属露于空气中时继续被水解［11］。对于不同金属和油漆，需进行对有机硅烷结构、溶液浓度和溶液PH值的优化。这些参数一旦确定，有机硅烷膜可通过浸泡、喷涂、刷涂、擦涂、等方式先将硅烷溶液涂到金属上，然后再用水洗掉剩余的有机硅烷溶液。这时，涂层表面即可进行下道工序，如涂漆和粘结键合。
摘要
本文对微弧氧化及硅烷化技术的定义、意义、研究重点、研究状况进行简单的介绍，简单分析了这两项技术的应用状况，使用前景等。
以AZ91镁合金为基体，对镁合金进行微弧氧化处理，分别测量其在不同的电流密度、不同频率、不同占空比下膜层的厚度。分别进行对比，得出结论。对MAO膜层进行硅烷化处理，研究其在不同硅烷浓度，不同固化时间，不同固化温度下的耐蚀性。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:ZA91表面处理微弧氧化硅烷化
目录
1.绪论 1
1.1课题背景 1
1.2微弧氧化技术研究概况 1
1.2.1微弧氧化工艺特点及应用 1
1.2.2微弧氧化技术的发展趋势 2
1.3硅烷化技术的研究概况 2
1.3.1硅烷化技术的特点及应用 2
1.3.2硅烷化技术的发展趋势 3
2 实验部分 5
2.1实验材料 5
2.2实验仪器及设备 5
2.3硅烷化实验 7
2.4性能检测 8
2.4.1厚度测试 8
2.4.2微观形貌分析 8
2.4.3 X射线衍射分析 8
2.4.4耐蚀性能测试 8
3 结果与讨论 10
3.1电参数对MAO膜层厚度的影响 10
3.1.1电流密度的影响 10
3.1.2脉冲频率的影响 11
3.1.3占空比的影响 12
3.2电参数对MAO膜层物相的影响 13
3.3电参数对MAO膜层显微形貌的影响 15
3.4微弧氧化膜层耐腐蚀性能 16
3.4.1电参数对MAO膜层耐蚀性的影响 16
3.4.2硅烷化对MAO膜层耐蚀性的影响 18
结论 22
参考文献 23
致谢 24
1.绪论
1.1课题背景
近几十年来金属的表面处理技术有了巨大的发展，人们开创了很多种表面处理技术，例如：电镀、电泳、锌镀、发黑、金属表面着色、抛丸、喷砂、喷丸、磷化、钝化等。其中有两种处理方法广受社会欢迎，即使用磷酸盐和铬酸盐作为处理剂来处理产品。因为这两种处理剂处理得到的涂层与基体材料的结合力以及抗腐蚀性等性能都非常优异，但是这两种处理方法有极大的缺陷，用其做成的表面处理剂以及排出的废液含有多种有害离子和致癌物质，其对环境污染非常严重，人们正在逐渐淘汰这两种处理方法。
在使用磷化处理和铬酸盐钝化处理过程中，需要对处理液进行加热，处理过程中损耗的能量较大，处理工艺十分复杂，操作也不方便［1］，为满足人们对环境保护和资源节约的要求，开发对环境没有污染的金属表面处理新技术已经越来越急迫。微弧氧化及硅烷化表面处理正是为适应这种急切的需求而研发的金属表面处理新技术。硅烷化处理与传统磷化及铬酸盐钝化相比具有以下多个优点［2］：无有害重金属离子，不含磷，无需加热［3］；在硅烷处理过程不会产生沉淀物，处理时间短，操作简单；加工工序少，处理液可以多次使用；对提高油漆在金属表面附着力有显著效果；在同一条生产线上可以同时处理多种金属制品。因此，金属表面硅烷化处理被认为有望完全取代金属表面的磷化和铬酸盐钝化处理，是一种环保型的新型金属表面处理技术。
1.2微弧氧化技术研究概况
1.2.1微弧氧化工艺特点及应用
耐磨性能：Al、Mg合金微弧氧化后产物的主要成分分别为Al2O3、MgO、TiO2［4］。由于微弧氧化后表面为陶瓷膜，所以微弧氧化表面陶瓷膜具有比较高的硬度值，其硬度值可以达到2500HV，从而使产品具有优良的耐磨性，其耐磨性能比传统阳极氧化和镀硬铬镀层更加优异。
耐腐蚀性能：虽然在陶瓷表面氧化膜层上存在很多孔洞，但这些孔洞为盲孔；而且微弧氧化陶瓷膜层有很明显的三层结构，分别为疏松层、致密层和过渡层。因此陶瓷层对金属内部有较好的保护作用，耐蚀性能大大提高。
厚度、颜色均匀：在微弧氧化作业时，正极与试样相连，不锈钢板与阴极相连。通电后，试样表面电流分布均匀[5] ，因此试样最终陶瓷层厚度及色泽非常均匀。
环保：微弧氧化电解液中的各种离子在微弧氧化过程中只起导电作用，基本上不消耗，所以使用率非常高，废物排放率低。另外，微弧氧化溶液呈中性或碱性，而且溶液中不含重金属离子，所以微弧氧化技术环保、无污染［4］。
目前微弧氧化技术在很多领域都有应用如：在镁合金表面处理上的应用、耐磨件的表面处理、耐热表面处理、电工材料上的应用、光学材料方面的应用、某些特殊铝合金的表面处理、在钛合金表面处理的应用等［2］。
1.2.2微弧氧化技术的发展趋势
1) 微弧氧化设备产能和能源利用率问题：该技术不能广泛推广的一个重要问题是微弧氧化的产能问题。在微弧氧化过程中能源利用率非常低［6］，在铝、镁等及其合金微弧氧化过程中，总电流效率在10%~30%之间变化。由此可知，在微弧氧化过程中，浪费在溶液升温方面的能量占据了大部分，真正用来工作的能量只占了很少一部分。如果想要大范围推广该项技术，那就必须要提高微弧氧化设备的产能问题和能源利用率问题。
2) 产品表面颜色的多样性问题：微弧氧化技术固然解决了材料的防腐、耐磨等问题，但是通过微弧氧化技术生产出的陶瓷层颜色比较单一。目前可以量产的颜色基本有黑色、白色、灰色和咖啡色，单一的颜色限制了微弧氧化技术的应用［7］，尤其是需要将此技术用在表面装饰时，更加体现了其局限性。为了使其在表面装饰上得到较好的应用，一般的处理工艺为先进行微弧氧化然后对其表面进行油漆处理。该处理从本质上来说没有降低公司成本，反而增加了工序。所以想要将微弧氧化技术更好的应用到表面处理上，必须解决颜色单一的问题，尽量使颜色能够向多元化方向发展。
3) 微弧氧化表面膜层粗糙度问题：试样经过维护氧化过后表面膜层存在大量孔洞，大量存在的孔隙和不均匀分布孔洞影响着其表面的光泽度和粗糙度［8］。膜层厚度越大微弧氧化表面越粗糙，这个缺点又大大减少了微弧氧化陶瓷层的应用范围，所以还得从减小孔洞半径和孔隙率、提高孔洞分布的均匀性这几方面着手来提高其膜层表面的光泽度［2］。
1.3硅烷化技术的研究概况
1.3.1硅烷化技术的特点及应用
磷化处理是近几年来人们使用最为广泛的一种表面处理方法。其在保护涂层有较好的耐久性和防腐蚀性能方面具有显著的效果。自磷化技术被创立以来，磷化技术不断发展，从30年代的锌系磷化技术和铁系磷化技术到60~70年代的改良锌系磷化技术，随后到90年代初期的无镍磷化技术，最终到2002年氧化铁系磷化技术［9］。随着磷化技术的不断发展创新，其应用领域越来越广［1］，为防腐蚀事业作出了突出贡献。为了贯彻清洁生产的标准，开发更加环保的技术和产品，近年来有一些新的磷化技术得到开发及应用。在磷化技术改革上，尽管人们进行了大量革新但是依旧无法改变磷化污染环境这个现实的问题，传统预处理工艺具有很多缺陷。硅烷化处理是目前较为新潮的一种表面预处理技术，目前硅烷技术在普通工业中已开始逐步取代铁系和锌系磷化［10］。在金属表面吸附了一层超薄的类似磷化晶体的三维网状结构的有机涂层，同时在界面形成的Si-O-Me共价键分子间力很强，将与金属表面和随后的油漆涂层形成良好的附着力，硅烷技术的成功应用给磷化技术带来革命性的变革。
目前市场上使用最为广泛的硅烷处理方法是将稀释的有机硅烷定量水解成硅醇基团，当未发生完全水解时，我们仍能够得到高质量的有机硅烷膜，因为未水解的酯基在金属露于空气中时继续被水解［11］。对于不同金属和油漆，需进行对有机硅烷结构、溶液浓度和溶液PH值的优化。这些参数一旦确定，有机硅烷膜可通过浸泡、喷涂、刷涂、擦涂、等方式先将硅烷溶液涂到金属上，然后再用水洗掉剩余的有机硅烷溶液。这时，涂层表面即可进行下道工序，如涂漆和粘结键合。
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