镁合金腐蚀研究进展(41)—碳球掺杂对微弧氧化膜耐蚀耐磨性能的影响

    微弧氧化是在阳极氧化技术基础上发展起来的表面改性手段，通常采用碱性电解液，避免了阳极氧化中挥发的酸性气体带来的环境污染。微弧氧化膜具有良好耐蚀性、耐磨性，与基体形成冶金结合，通常应用于铝、镁、钛等阀金属及其合金表面处理。但是，其外层多孔结构影响了氧化膜耐蚀耐磨性能。  

    调控电解液组分是改善微弧氧化膜层耐蚀耐磨性能常见的方法之一，其中又以颗粒状添加剂最受欢迎。例如，在电解液中添加高硬度的碳化硅颗粒，使其通过物理或机械作用填入到微弧氧化膜层孔隙中，以此来提高氧化膜耐蚀耐磨性能。但是，这种物理填入在磨损过程中会造成颗粒脱落，使得颗粒增强的作用失效。但是，如果在微弧氧化过程中，通过化学反应在氧化膜中生成碳化硅相，这不仅仅实现了碳化硅与氧化膜的冶金结合，还可实现了碳化硅在微弧氧化膜层中的均匀分布。

     鉴于在一定条件下固相碳可以与二氧化硅反应形成碳化硅，在本实验中，采用传统硅酸盐电解质来提供二氧化硅；通过葡萄糖水热法制备了活性的碳微球，并添加到电解液中，成功地在微弧氧化膜层中形成了反应型碳化硅相。

     结果表明，添加碳球改性的微弧氧化膜层其涂层厚度，表面硬度，耐蚀性以及耐磨性都得到明显提高。

     该项工作“Corrosion and Wear Resistance of Micro-arc Oxidation Composite Coatings on Magnesium Alloy AZ31 - the Influence of Inclusions of Carbon Spheres”在线发表在《Advanced Engineering Materials》（https://doi.org/10.1002/adem.201900446）。第一作者为山东科技大学硕士研究生李长阳，通讯作者为曾荣昌教授。

Fig. 1 Flow chart of the preparation process of CS and MAO coatings.

Fig. 2 (a) SEM image, (b) XRD pattern and (c) FT-IR spectra of CS.

Fig.3 Cross-sectional backscattering micrographs and corresponding EDS mappings of Si and C of (a) MAO-CS0, (b) MAO-CS1, (c) MAO-CS2 and (d) MAO-CS3 coatings.

Fig.4 XRD patterns of (a)Mg alloy AZ31 substrate, (b) MAO-CS0 coating, (c) MAO-CS1 coating, (d) MAO-CS2 coating and (e) MAO-CS3 coating; (f) the total peak area of Mg2SiO4 and (g) the peak area and height at 35.6°.

Fig.5 XPS survey plots of (a) MAO-CS0 and MAO-CS2 coating, high resolution spectra of (b) Mg 1s peaks, (c) C 1s peaks, (d) O 1s peaks and (e) Si 2p peaks of MAO-CS2 coating, and (f) Si 2p peaks of MAO-CS0 coating.

Fig.6  Potentiodynamic polarization curves of (Ⅰ)Mg alloy AZ31 substrate, (Ⅱ) MAO-CS0 coating, (Ⅲ) MAO-CS1 coating, (Ⅳ) MAO-CS2 coating and (Ⅴ) MAO-CS3 coating in 3.5 wt% NaCl solutions.

Fig.7 (a) Mean hardness and (b) friction curves of Mg alloy AZ31 substrate, MAO-CS0 coating, MAO-CS1 coating, MAO-CS2 coating and MAO-CS3 coating.