镁-铝异种合金材料连接件整体微弧氧化处理技术

3月25至26日，产业链上下游企业、业内精英人士、政府及投资机构将共聚重庆，参与2021中国镁产业链高峰论坛，共同探讨行业发展之路!会上，山东省科学院新材料研究所副所长周吉学(代)对镁-铝异种合金材料连接件整体微弧氧化处理技术进行了讲解。

镁合金的表面防护技术工程化应用

在十三五国家重点科技专项的支持下，山东省科学院新材料所开展了一系列镁合金表面防护研究工作，主要包括：(1)微弧氧化表面防护技术;(2)绿色磷化表面防护技术;(3)电化学沉积表面防护技术。

在微弧氧化的相关研究集中在：工程化应用、特殊功能膜层制备、性能表征及改进。

工程化应用案例：对镁合金挤压型材、铸造工件 进行微弧氧化防护，挤压型材成分包括AZ系列、ZK系列、ZM系列等等，微弧氧化后，挤压型材表面光洁、平整。

低成本/超低成本 微弧氧化电解液配方研究 微弧氧化成本主要为电费和电解液两部分，低成本微弧氧化也主要以上两点节约成本。

 研究进展：已开展AZ31低成本-简单配方电解液研究，及相关检测工作，制备弱碱性甚至中性电解液，兼顾环保要求。制备高电导率电解液，配合高效微弧氧化工艺研究，将微弧氧化时间缩短至2-3min。该工艺时间为传统工艺的1/4~1/5，电流为传统工艺电流2倍。

低成本电解液配方及短时间微弧氧化工艺：低成本电解液将配方成分缩减至3种(微量NaOH)，成本非常低。配合高效微弧氧化电工艺，可以实现镁合金按AZ31快速微弧氧化(2min)，且膜层性能较好。

AZ80铸造镁合金高效微弧氧化处理方法：通过高效微弧氧化工艺，1.5min即在AZ80铸造镁合金表面制备出3um陶瓷膜;3min时膜层增至6um。主要结论：1. 随着处理时间增加，表面趋于平整 (自平整) 2.处理时间增加，表面孔洞尺度增大。3.不同处理时间表面膜层成分基本一致。

快速微弧氧化工艺能够大幅提高AZ80镁合金的耐蚀性(包括腐蚀电位和长周期腐蚀试验);提升规律为：1.5min前，耐蚀性大幅提升，1.5min后，其耐蚀性则缓慢提升。微弧氧化处理后的AZ80镁合金主要腐蚀形式为点蚀，5%中性盐雾试验180h后腐蚀面积占总面积达12%。

绝缘陶瓷-导电复合功能膜制备

目的：满足涂层表面导电性、电磁屏蔽性能等需求，兼具良好的防腐蚀性能。

研究路线：陶瓷层+功能涂层，制备功能复合导电涂层。

技术特征：1.利用陶瓷层切断电化学腐蚀闭合回路，形成阳极-绝缘层-阳极的防腐蚀结构。2.膜层协同防护，实现陶瓷绝缘层封孔，进一步增强镁合金防腐性能。

 研究进展：开展了低电阻、高导电性“陶瓷-导电层”复合防护涂层的研究工作，在陶瓷层表面化学制备一层银膜，制备出低电阻、高导电功能膜层。复合涂层具备良好的电磁屏蔽、导电性能，外观美观平整。

镁-铝 异质金属整体表面防护技术

 技术难点：如何克服异质金属物理、化学/电化学 性质差异引起的反应非平衡性。技术特点：避免 分体式 组装过程中对膜层的破坏。高阻抗、绝缘陶瓷层整体包裹镁-铝异质金属连接件，切断腐蚀回路。提高镁-铝异质金属整体耐蚀性，降低镁与铝之间的腐蚀电位差。

应用领域：轻量化结构整体表面防护。利用高效微弧氧化处理方法。

陶瓷膜截面分析发现：铝和镁 表面膜层厚度相当，整体陶瓷膜制备较均衡。1.5min 铝和镁表面 已形成主要的氧化膜层，随着处理时间增加，膜层更加致密。1.5min后膜层厚度基本保持不变，膜层厚度在6um左右。

 陶瓷膜表面形貌分析发现：随着处理时间增加，表面膜层平整度得到有效提升。(自平整能力)随着处理时间增加，表面膜层孔洞直径增加。EDS/XRD结果显示，不同处理时间的表面膜层成分基本相同，铝合金表面的为Al2O3，镁合金表面的为MgO。镁合金表面膜层先于铝合金膜层生长。

通过电化学测试可以发现：整体微弧氧化提高镁、铝部分耐蚀性能。降低镁与铝之间的腐蚀电位差。AZ31镁合金耐蚀性能先于6061铝合金提高，且3min镁即获得相当的耐蚀性;而铝需要更长的时间提高耐蚀性。说明镁-铝异质金属整体微弧氧化反应存在时序性。 通过电化学测试可以发现：检测不同处理时间陶瓷膜厚度发现：AZ31镁先于6061铝生长，优先时间为3min左右。10min左右，镁、铝陶瓷膜生长基本稳定，膜层不再增厚。

异质金属整体表面防护技术

通过表面形貌及EDS可以发现：6061-7075搅拌摩擦焊接件不同区域表面陶瓷膜形貌不同，尤其是焊缝区。岛状的多孔陶瓷层分布在致密层上。EDS线扫描显示：多孔陶瓷层表面含有Si。由母材区向焊缝区过渡，岛状多孔陶瓷层数量减少。EDS结果显示：致密基底层成分为Al2O3.岛状多孔陶瓷层与母材表面膜层元素一致。

 EDS和XRD结果表明：6061与7075表面陶瓷膜成分相近，主要为 y-Al2O3和少量的a-Al2O3及莫来石，焊缝区中间致密基底层成分为y-Al2O3。焊缝区表面岛状多孔陶瓷层与致密基底层成分不一致。6061、7075表面膜层存在大量的漫散射峰，推断可能存在非晶态物质，EDS结果显示存在P元素，XRD未寻找到晶态含P物质。由此推断非晶形成机理：在电弧高温作用下形成的氧化物熔体，其表面在电解液激冷下，高温熔体外壳形成非晶。

异质金属整体微弧氧化反应时序性与选择性验证：从处理后的6061-7075连接件取样，测量膜层击穿电压。6061、7075、焊缝单体微弧氧化，测量膜层击穿电压。 发现：单体微弧氧化膜层击穿电压相近;从焊接件取样的膜层中，6061击穿电压最高，其次是7075.说明 6061-7075整体处理存在反应时序性和选择性，6061优先覆盖膜层，7075次之，焊缝区最后;但反应是同步进行的。