强流脉冲离子束辐照镁合金微弧氧化膜致密化机理#韩晓光*510152025303540（大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院，大连，116023）摘要：采用强流脉冲离子束在束流密度为200A/cm2，辐照次数分别1-10次条件下对镁合金微弧氧化膜进行改性处理。采用扫描电子显微镜对辐照后镁合金微弧氧化膜的表面和截面形貌进行观察，在辐照次数为5次条件下获得连续致密化改性层。通过对氧化膜表面的温度场和应力场计算得出了强流脉冲离子束辐照氧化膜产生的热力学效应是氧化膜冲击加工致密化的根本原因。关键词：强流脉冲离子束，镁合金，微弧氧化，冲击加工中图分类号：TG156.95ThemechanismfordensificationofMAOfilmsirradiatedbyhigh-intensitypulsedionbeamHANXiaoguang(TransportationEquipmentsandOceanEngineeringCollege,DalianMaritimeUniversity,Dalian,116023,China)Abstract:Abstract:Microarcoxidation(MAO)filmonAZ31magnesiumalloywasmodifiedbyhigh-intensitypulsedionbeam(HIPIB)attheioncurrentdensityof200A/cm2with1-10shots.acontinuousandcompactremeltedlayerwasobtainedonthesurfaceofMAOfilmwith5shots.ThesurfaceandcrosssectionalmorphologiesoftheirradiatedMAOfilmswereobservedbyusingscanningelectronmicroscopy.ItisfoundthattheshockwavesproducebyHIPIBirradiationwereinchargeofthedensificationofMAOfilm.Keywords:High-intensitypulsedionbeam;Magnesiumalloy;Microarcoxidation;shockingprocess0引言镁合金是目前工业上可应用的最轻金属结构材料，因其比强度高、减振性好、电磁屏蔽能力强、易加工、可再生利用而被誉为“21世纪绿色工程金属结构材料”。然而镁合金的耐蚀性能差严重制约了其工业化进程。为了改善镁合金的耐蚀性能，多种表面改性技术被应用于对镁合金进行表面处理。比较常用的方法包括化学转化膜[1]、阳极氧化[2-4]、离子注入[5-6]、激光表面处理[7-8]、微弧氧化[9-12]等，其中微弧氧化技术能够在Al、Mg、Ti、Nd等阀金属表面原位形成陶瓷质的氧化膜，氧化膜与基体之间形成冶金连接，改善了镁合金的耐蚀性能及氧化膜与基体的结合力。但氧化膜表面由于微弧放电形成许多微米级的放电通道，限制了镁合金耐蚀性能进一步提高，这些表面孔洞通过调整微弧氧化工艺是很难消除的[13,14]，。为了进一步提高镁合金的耐蚀性能，目前主要采用沸水法、铬酸盐、磷酸盐、硅酸盐、溶胶-凝胶封孔等方法[15-17]对氧化膜内的孔隙进行封闭处理。沸水法由于要求温度高、能耗大，且不能完全封闭氧化膜中的较大孔洞，因而效果不是很理想；铬酸盐封孔方法耐蚀性基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金(20102125120008)作者简介：韩晓光（1974-）男，副教授，主要研究方向：材料表面改性.韩晓光（1974-）男，副教授，主要研究方向：材料表面改性，Email:xghan@dlmu.edu.cn-1-较好，但六价铬离子剧毒且致癌，因而应用较少；磷酸盐封孔方法容易造成水资源污染；因此，上述对镁合金微弧氧化膜的封孔处理方法对氧化膜进行封孔的效果均不理想，采用一种新的有效的表面处理方法对镁合金微弧氧化膜的孔隙是非常必要的。455055强流脉冲离子束技术(High-IntensityPulsedIonBeam,HIPIB)是一种利用在材料表面沉积高能量密度(1-150J/cm2)的能量，产生远离平衡态的热-力学效应，导致辐照表面瞬间热膨胀、汽化和烧蚀反冲引起的冲击应力波，造成材料表层成分、组织与性能的显著变化，从而达到改性的目的。Liu等[18]采用单脉冲能量密度约为4.5J/cm2的离子束辐照电子束物理气相沉积的热障涂层，仅用1次脉冲就在热障涂层表面形成m级的重熔层，达到表面封顶的效果，使涂层的抗氧化性能提高60%。这为采用强流脉冲离子束技术对镁合金微弧氧化膜进行辐照改性处理，封闭孔隙并使涂层致密化提供可能。1实验采用镁合金AZ31(wt.%：Al3，Zn1，Mn0.2，其余为Mg)作为基体材料，试样尺寸为15×15×5mm3。微弧氧化处理以待处理镁合金AZ31试样作为工作电极，石墨为对电极，工作脉冲电压为360-400V，氧化液采用Na2SiO3与Na(OH)的一次蒸馏水溶液混合配制，比例为Na2SiO315～20g/L，Na(OH)3～8g/L。辐照...