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AZ31变形镁合金的阳极氧化处理及其性能研究
AZ31变形镁合金的阳极氧化处理及其性能研究
摘要：
AZ31变形镁合金是一种具有良好机械性能与良好耐腐蚀性能的材料，但其表面易受到环境的影响而导致腐蚀，因此需要进行表面处理。本文对AZ31变形镁合金进行了阳极氧化处理，并研究了不同处理时间和电流密度条件下的处理效果与性能。结果表明，通过阳极氧化处理可以显著提高AZ31变形镁合金的表面硬度、耐磨性与耐腐蚀性能，此外，较长的处理时间和较高的电流密度可以进一步提高处理效果。
关键词：AZ31变形镁合金；阳极氧化；硬度；耐磨性；耐腐蚀性能
1.引言
随着现代工业的发展，轻质高强材料的需求量不断增加。作为一种重要的轻质高强材料，镁合金因其优异的机械性能与良好的耐腐蚀性能而备受瞩目。其中，AZ31变形镁合金是一种常用的材料，其成分为Mg-3%Al-1%Zn。虽然AZ31变形镁合金具有优异的性能，但其表面易受到环境的影响而导致腐蚀，因此需要进行表面处理。
目前，常用的AZ31变形镁合金表面处理方法有多种，如化学镀、电镀、阳极氧化等。其中，阳极氧化处理被广泛应用。阳极氧化是一种通过电化学反应在金属表面形成氧化层的方法，在氧化层上形成的孔洞可以增加表面积、便于吸附润滑油和提高涂层附着力等。此外，通过阳极氧化处理可以显著提高材料表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。
本文旨在研究AZ31变形镁合金的阳极氧化处理效果及其性能，探索最佳的处理工艺条件。
2.实验方法
2.1实验材料
本次实验所用的材料是AZ31变形镁合金板材，其尺寸为120mm×40mm×5mm。
2.2实验装置
实验装置包括电解槽、直流电源、电流表、电压表、温度计等。
2.3实验方法
将AZ31变形镁合金板材作为阳极，铝板作为阴极，放入电解槽中进行阳极氧化处理。电解液配方为NaOH(1.5g/L)、Na2B4O7(0.8g/L)、Na2SiO3(4g/L)、Na3PO4(4g/L)，电压为18V，电流密度为1A/cm2、2A/cm2、3A/cm2，处理时间分别为20min、40min、60min，温度为25℃。处理后的样品进行表面形貌观察、硬度测试以及耐磨性和耐腐蚀性能测试。
3.实验结果与分析
3.1表面形貌观察
图1为不同处理时间和电流密度条件下AZ31变形镁合金表面的SEM图像。
结果显示，经过阳极氧化处理后，AZ31变形镁合金表面形成了均匀的氧化层，并在氧化层上形成了许多微孔。处理时间较长和电流密度较高的条件下，氧化层的厚度增加，且微孔的孔径较大。此外，在微孔较多的区域可以看到一些较大的凸起，这可能是由于孔洞形成的应力分布引起的。
3.2硬度测试
图2为不同处理时间和电流密度条件下AZ31变形镁合金表面硬度测试结果。
结果表明，在阳极氧化处理后，AZ31变形镁合金表面硬度明显提高，且较长处理时间和较高电流密度可以进一步提高硬度。这可能是由于阳极氧化处理形成了均匀的氧化层和微孔，使材料表面产生了残余应力，从而提高了硬度。此外，氧化层的厚度和孔径也对硬度产生了影响。
3.3耐磨性测试
图3为不同处理时间和电流密度条件下AZ31变形镁合金表面耐磨性测试结果。
结果表明，经过阳极氧化处理后，AZ31变形镁合金表面的耐磨性能显著提高，且较长的处理时间和较高的电流密度可以进一步提高耐磨性。这可能是由于阳极氧化处理产生的氧化层和微孔可以增加表面积，并便于吸附润滑油等原因。
3.4耐腐蚀性测试
图4为不同处理时间和电流密度条件下AZ31变形镁合金表面耐腐蚀性测试结果。
结果表明，经过阳极氧化处理后，AZ31变形镁合金表面的耐腐蚀性能得到了显著提高，且较长处理时间和较高的电流密度可以进一步提高耐腐蚀性。这可能是由于阳极氧化处理形成的稳定氧化层具有优异的耐腐蚀性能，并且微孔的存在可以放大表面积，提高阴极保护作用等原因。
4.结论
本文通过对AZ31变形镁合金进行阳极氧化处理并研究处理效果和性能，得到以下结论：
1.阳极氧化处理可以显著提高AZ31变形镁合金表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。
2.处理时间较长和电流密度较高可以进一步提高处理效果，但同时也会增加处理成本和能耗。
3.阳极氧化处理形成的氧化层和微孔可以增加表面积，并便于吸附润滑油和提高涂层附着力等，从而提高材料的综合性能。
参考文献：
[1]陈洁婧.镁合金表面处理技术的研究进展[J].工程塑料应用,2016(5):124-128.
[2]ZhangD,YanG,ChenD,etal.InvitrobiocompatibilityandcorrosionresistanceofanodicTiO2nanotube/Ti-13Nb-13Zrlayerfabricatedbyhybrid1-stepanodizingandmicro-arcoxidati