原位自生TiB2/A201复合材料微弧氧化膜层的制备及其耐蚀性能研究

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原位自生TiB2/A201复合材料是一种新型轻质高强的铸造铝基复合材料,但是该材料耐蚀性较差,表面处理困难。当材料用于高速水流工况下时,复合材料需要较高的耐空泡腐蚀和耐Cl侵蚀性能,这对该材料的表面防护是一个严峻的挑战。微弧氧化工艺制备的氧化膜层能与基底形成良好的冶金结合,且高硬度较高,从而具有耐空泡腐蚀的潜力。本课题以制备高品质耐腐蚀的微弧氧化膜层为目标,优化制备工艺,并研究氧化膜层的耐腐蚀性能,为TiB2/A201复合材料的实际应用提供腐蚀防护方面的指导。本文以原位自生TiB2/A201复合材料为研究对象,采用微弧氧化方法进行表面处理,优选了适合复合材料的微弧氧化工艺,讨论了复合材料的微弧氧化行为及氧化膜层在微弧氧化过程中微观组织演化机理,探究了微弧氧化膜层的空泡腐蚀行为和耐Cl侵蚀能力。本文的主要研究结果如下:(1)三种电解液体系(硅酸钠、磷酸钠和铝酸钠)均可在TiB2/A201复合材料表面制备微弧氧化膜层。其中,在铝酸钠电解液体系中制备的膜层孔隙率最低(3%),表面硬度最高(1265HV),生长速率适中(0.61.4μm/min),具有较优的综合性能。(2)与常见的微弧氧化电压-时间曲线不同,TiB2/A201复合材料在铝酸钠电解液体系中的电压-时间曲线具有两个“平台区”。同时,氧化过程可分为四个阶段。阶段I:微弧氧化电压迅速攀升。此时,复合材料表面TiB2颗粒氧化,并在表面形成钝化膜;阶段II:微弧氧化电压进入第一个平台区。相应地,复合材料表面形成晶态氧化铝膜层;阶段III:微弧氧化电压继续上升。此现象与氧化膜层中缺陷的修复行为相关;阶段IV:微弧氧化电压进入第二个平台区。此阶段,氧化电流以弧光放电形式通过氧化膜层。(3)微弧氧化后的TiB2/A201复合材料的空泡腐蚀呈现三个阶段:(A)在空泡腐蚀初期,氧化膜层表面的“瘤状物”和“火山口”形貌首先被破坏,导致失重速率较大;(B)膜层出现空蚀坑,并逐渐聚集长大,露出基底。此时,氧化膜层的失重速率逐渐减小;(C)膜层基本被剥离,材料的失重速率与处于空蚀稳定期的TiB2/A201复合材料相当。(4)微弧氧化膜层极大提高了复合材料的耐Cl侵蚀能力,有效抑制了复合材料的阳极过程。其中,10A/dm2下制备的膜层具有最佳的耐蚀性能,其自腐蚀电流密度(Icorr)相比基底降低了135倍。
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