王帅柯,孟建兵,关庆义,董小娟,于浩洋,李红梅,李丽.铜锌合金表面CeO2颗粒掺杂微弧氧化复合膜层的制备及性能分析[J].表面技术,2023,52(1):152-161.
WANG Shuai-ke,MENG Jian-bing,GUAN Qing-yi,DONG Xiao-juan,YU Hao-yang,LI Hong-mei,LI Li.NP Fabrication and Performance of Micro-Arc Oxidized Composite Film Doped with CeO2 Particles[J].Surface Technology,2023,52(1):152-161
铜锌合金表面CeO2颗粒掺杂微弧氧化复合膜层的制备及性能分析
NP Fabrication and Performance of Micro-Arc Oxidized Composite Film Doped with CeO2 Particles
  
DOI:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.01.016
中文关键词:  铜锌合金  微弧氧化  二氧化铈  颗粒掺杂  耐蚀性能  膜层厚度
英文关键词:Cu-Zn alloy  micro-arc oxidation  CeO2  particle doping  corrosion resistance  film thickness
基金项目:国家自然科学基金(51875328);山东省自然科学基金(ZR2021ME159)
作者单位
王帅柯 山东理工大学 机械工程学院,山东 淄博 255000 
孟建兵 山东理工大学 机械工程学院,山东 淄博 255000 
关庆义 山东理工大学 机械工程学院,山东 淄博 255000 
董小娟 山东理工大学 机械工程学院,山东 淄博 255000 
于浩洋 山东理工大学 机械工程学院,山东 淄博 255000 
李红梅 山东理工大学 机械工程学院,山东 淄博 255000 
李丽 山东理工大学 机械工程学院,山东 淄博 255000 
AuthorInstitution
WANG Shuai-ke School of Mechanical Engineering, Shandong University of Technology, Shandong Zibo 255000, China 
MENG Jian-bing School of Mechanical Engineering, Shandong University of Technology, Shandong Zibo 255000, China 
GUAN Qing-yi School of Mechanical Engineering, Shandong University of Technology, Shandong Zibo 255000, China 
DONG Xiao-juan School of Mechanical Engineering, Shandong University of Technology, Shandong Zibo 255000, China 
YU Hao-yang School of Mechanical Engineering, Shandong University of Technology, Shandong Zibo 255000, China 
LI Hong-mei School of Mechanical Engineering, Shandong University of Technology, Shandong Zibo 255000, China 
LI Li School of Mechanical Engineering, Shandong University of Technology, Shandong Zibo 255000, China 
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中文摘要:
      目的 提高铜锌合金的耐蚀性,对黄铜表面进行颗粒掺杂微弧氧化(MAO),研究纳米颗粒CeO2对复合膜层性能的影响。方法 以Na2SiO3.9H2O、NaOH的混合溶液作为电解液,对铜锌合金进行微弧氧化,以膜层厚度和自腐蚀电流密度为评价指标,对氧化时间、正向电压、反向电压、占空比进行正交试验和极差分析,得到最佳微弧氧化电参数。将CeO2添加到混合电解液中,以制备颗粒掺杂微弧氧化复合膜层。通过SEM、EDS、XRD、动电位极化曲线和电化学交流阻抗测试等手段,研究CeO2纳米颗粒对膜层表面、横截面的微观形貌和成分组成及膜层表面的物相结构和耐蚀性能的影响。结果 以自腐蚀电流密度为主要评价指标,兼顾膜层厚度,通过正交试验和极差分析,得到了铜锌合金微弧氧化最佳电参数组合,氧化时间为80 min,占空比为20%,正向电压为550 V,反向电压为5 V。未添加CeO2的黄铜试件,微弧氧化膜层表面存在粗糙多孔的结构;掺杂纳米颗粒CeO2后,复合膜层表面变得更为平整,表面粗糙度Ra值从3.883 μm降至3.331 μm,孔隙率也由颗粒掺杂前的35.11%降至32.98%。随着CeO2颗粒的掺杂,膜层表面的C、O、Si、Ce元素增加,Cu、Zn元素下降,膜层表面的物相主要由CuO、ZnO、CeO2和SiO2组成。纳米颗粒CeO2掺杂前后,膜层均与黄铜基体结合紧密,无明显裂缝。沿着膜层表面向基体方向,Cu和Zn元素含量短暂上升后保持平稳,而O和Si元素含量变化情况为先增加、后减小至消失。颗粒掺杂前,MAO膜层的自腐蚀电流密度Jcorr为8.095×10–4 A/cm2,掺杂纳米颗粒CeO2后,Jcorr为7.402×10–5 A/cm2。两者与黄铜基体的Jcorr(1.236×10–2 A/cm2)相比,分别下降了2、3个数量级。结论 对铜锌合金进行微弧氧化可以在合金表面制得多孔且有良好耐蚀性的陶瓷膜层。纳米颗粒CeO2的掺杂,能够有效改善铜锌合金微弧氧化膜层的多孔结构,降低孔隙率,阻碍外界腐蚀离子的侵入,增强膜层的耐腐蚀性能。
英文摘要:
      For copper and copper alloy, because copper is a non-valve metal, such as steel, zinc, nickel, niobium and other metals, it is generally considered that it is difficult to establish a stable plasma discharge channel in the initial stage of plasma electrolytic oxidation, and it is difficult to form a dense insulating film.
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