Effect of Sealing Treatments on the Corrosion Behavior of Micro-arc Oxidation Coating on Aluminum Alloy in Acid NaCl Solution

Abstract

Ceramic coatings were fabricated on 7A85 aluminum alloy by unipolar positive pulsed micro-arc oxidation (MAO) treatment for enhancing corrosion resistance. A bi-layer coating was formed with large pores between the layers. The outer layer contained several micro pores and cracks. Therefore, cerium nitrate, potash bichromate and SiO 2 sol were adopted to seal the MAO coatings. Scanning electron microscope, X-ray diffraction and electrochemistry instrument were used to investigate the effect of sealing treatments on the surface morphology, coating structure and corrosion resistance of MAO coatings. Results show that the MAO coating can not protect aluminum alloy from acid NaCl solution for the existing of defects. The defects can be sealed by precipitations produced by cerium nitrate and potash bichromate sealing treatment, and corrosion resistance of the MAO coating is improved. However, the sealed coatings also fail in the acid NaCl solution for dissolution of the precipitation. After sealing with SiO 2 sol, the MAO coating is covered with a SiO 2 gel layer has become a compact barrier layer to protect aluminum substrate from corrosion in acid NaCl solution.

Current Density on Microstructure and Thermal Control Performances of MgO-ZnO Ceramic Coatings

“…镁合金具有低密度、高比强度、电磁屏蔽性好 和易加工等优点, 作为目前最轻结构金属材料 [1] , 近年来在航空航天领域倍受关注, 能够降低航天器 的载荷能力和能源消耗。但是, 在轨航天器运行过 程中, 不断经历向阳面和背阳面, 其表面短时间内 需承受达±200℃的高低温交变 [2] , 导致航天器内外 表面和仪器设备表面形成高温和温度梯度, 进而导 致其工作环境恶化, 使得结构设备无法承受极端温 度变化。日本"大偶号"入轨运行 6 圈后, 星内设 备温度升至 60℃以上以致其停止运转; 而美国"陆 地卫星4"上的聚氨酯涂层导线, 因高低温交变而 断裂, 致使经济损失达 6000 万美元 [3] 。因此, 有效 的热控措施对于维持航天器正常运行是十分有必 要的。 热控薄膜作为一种常见的被动式热控制方式, 通过提供辐射途径来实现热散失的目的, 且不需要 外接牵引和任何能量消耗来实现热控制, 通过自身 的热物理特性即太阳吸收率(α s )和红外发射率(ε)来 实现航天器表面温度平衡的调节和控制 [4] , 而热平 衡温度 T 取决于 α s /ε 比值 [5] , 即 T 4 ∝α S /ε, 显然, 低 吸收高发射热控薄膜的热控效果较好。微弧氧化技 术(MAO)是一种直接在 Al、Ti、Mg 和 Zr 等阀金属 表面原位生长陶瓷薄膜的表面处理技术 [6][7] , 在电 解液中通过将阳极氧化工作电压从法拉第区引入高 能量密度的高压放电区, 使材料表面产生微等离子 体放电火花, 在复杂等离子体化学、热和电化学共 同作用下使材料表面生成与基体结合紧密的陶瓷薄 膜 [8] , 通过调节电解液组成和电源参数可以在阀金 属表面实现薄膜的微观结构组成和性能调控。姚忠 平等 [9] 在氟锆酸钾电解液体系中, 通过 MAO 技术 在钛合金上制备了低吸收高发射率热控薄膜, 其 ε 为 0.99, α s 为 0.33。然而, 在轨航天器要长期遭受紫 外辐照、原子氧侵蚀和带电粒子辐照等 [10] , 其中, 紫 外辐照是引起热控薄膜太阳吸收率退化的主要因 素 [11] , 容易使薄膜表面形成色心, 导致其太阳吸收 率升高, 进而影响航天器可靠性 [12] [14] ; O1s 谱图中, 高结合能 531.74 eV 处拟合峰 对应于 O 2 在纤锌矿 ZnO 结构中与 Zn 2+ 的键合 [15] , 而 530.57 eV 处拟合峰对应于 MgO 晶格中的 O 2 [16] , 证明薄膜中存在 MgO 和 ZnO。 图 4 在电流密度 9 A/dm 2 下所得薄膜的 XPS 图谱 其中 0.2616 nm 的晶格间距对应 ZnO 的(002)晶面 [17] , 而 0.2105 nm 的晶格间距对应 MgO 的(200)晶面 [18] [13] , 有关研究显示, 一定波长的光 入射在物体表面时, 光的穿透深度与消光系数成反 比, 两者之间的关系式如下： Fig. 10 Diffuse reflectance spectra of the coatings before and after ultraviolet irradiation 2) 随着电流密度增大, 热控薄膜表面微孔数量 逐渐减少, 而粗糙度随之增加; 薄膜生长速率和结 合强度呈先升高后降低的趋势, 在电流密度 9 A/dm 2 时, 薄膜厚度和结合强度达到最高值;…”