【摘 要】
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本论文首先概述了镁合金在工业应用领域中的优越前景与限制问题,介绍了目前镁合金的几种表面防护方法。微弧氧化技术在镁合金表面处理方面有着突出的技术优势和应用远景,然而微弧氧化陶瓷层表面高度绝缘特性严重限制了该技术在镁合金耐蚀抗静电领域的应用。所以本论文在调研了陶瓷层导电改性处理研究现状的基础上,一方面采用无钯化学镀铜技术在陶瓷层表面制备金属镀层,另一方面采用石墨粉掺杂环氧树脂制备有机导电涂层,对陶瓷层
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本论文首先概述了镁合金在工业应用领域中的优越前景与限制问题,介绍了目前镁合金的几种表面防护方法。微弧氧化技术在镁合金表面处理方面有着突出的技术优势和应用远景,然而微弧氧化陶瓷层表面高度绝缘特性严重限制了该技术在镁合金耐蚀抗静电领域的应用。所以本论文在调研了陶瓷层导电改性处理研究现状的基础上,一方面采用无钯化学镀铜技术在陶瓷层表面制备金属镀层,另一方面采用石墨粉掺杂环氧树脂制备有机导电涂层,对陶瓷层进行导电改性处理。探索了陶瓷层镀铜的最佳前处理工艺,研究了施镀温度以及络合剂含量对镀层组织及性能的影响,明确了镀铜层组织与性能动态演变行为,阐明了化学镀铜的反应机理与生长机制。对于有机导电涂层,研究了石墨、稀释剂含量对涂层导电性、耐蚀性和摩擦磨损行为的影响,确定了涂层中最佳石墨和稀释剂含量,明确了不同组分石墨-环氧涂层的导电机理。具体研究结果如下:通过对陶瓷层前处理后的形貌观察以及对镀铜后涂层的粗糙度、结合力和导电性的对比,确定了镁合金微弧氧化层无钯化学镀铜的适宜活化剂为银氨溶液,而且前处理工艺中无需“粗化”过程即可直接进行“活化→还原”处理。化学镀铜过程中温度和络合剂含量变化对镀铜层微观结构、耐蚀性和导电性能影响的研究结果表明:温度对镀铜反应有着促进作用,镀液最佳温度为60℃,此温度下陶瓷层上获得了完整、致密以及导电性最好的镀层。低于40℃时,反应速率低,无法形成完整的镀铜层。温度升高到70℃时,会造成镀液的稳定性降低,降低镀铜层质量。酒石酸钾钠络合剂最合适含量为30 g/L,过低和过高都会导致镀铜不完全,降低铜层质量。基于施镀样品的微观结构和性能随时间的变化,提出了镀铜过程的三阶段模型:以5 min和10 min为时间节点分别为铜颗粒的孕育、铜颗粒的生长以及镀铜层的致密化。在经过化学镀铜处理后,镁合金微弧氧化样品在不显著降低其耐腐蚀性的情况下表面方阻最终降至0.03Ω/□,获得了优异的导电性。研究了石墨粉和稀释剂含量变化对环氧基导电涂层微观结构、摩擦磨损行为、导电性能和耐蚀性的影响。结果表明:石墨含量过低涂层不能获得导电能力,过高会使涂层制备工艺实施困难。重量份数在80份为宜,涂层表面方阻值在量子隧道和导电通路的共同作用下降低到217.6 kΩ/□,并具有最高阻抗模量和高达-0.253 V的腐蚀电位,腐蚀电流降低到1.644×10-7 A·cm-2,表现出优异的耐腐蚀性。硬度测试表明,有机层的硬度随着石墨含量的增加而增加,但弱于MAO层。涂层中石墨含量变化对摩擦性能影响显著:当石墨含量较低(20~40份)时,涂层的磨损形式为磨粒磨损;当石墨含量在60份时,涂层开始出现明显的剥层磨损;在80~100份时,涂层磨损形式为剥层磨损。稀释剂占比增加到35份时,涂层表面方阻进一步降低至16.3 kΩ/□,获得最佳导电能力并表现出强于陶瓷层的耐蚀性能。但稀释剂含量过高会引起涂层方阻回升,并降低涂层的耐蚀性。摩擦测试结果表明,导电涂层中石墨含量为80份时,稀释剂含量的变化不会影响涂层的磨损机制,样品的磨损机制仍旧为剥层磨损。
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