Page 100 - 《摩擦学学报》2021年第6期

第 6 期 李正阳, 等: 工作电压对N36锆合金表面微弧氧化涂层磨蚀性能的影响 885

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MAO-220 V MAO-220 V
MAO-260 V
MAO-300 V 500 μm
30 MAO-340 V MAO-260 V
Friction force/N 20 500 μm

10 MAO-300 V
500 μm
MAO-340 V
0
0 10 20 30 40 50 60 500 μm
Load/N
(a) Friction force vs load curve (b) Scratch morphology

Fig. 5 (a) Friction force vs load curve and (b) scratch morphology of MAO coatings with different voltages
图 5 不同工作电压的MAO涂层的摩擦力随载荷变化曲线和划痕的形貌

图6表示Zr合金基体和不同工作电压的MAO涂层 自腐蚀电位(-0.205 V)和最低的腐蚀电流密度(6.24×
2
−9
的极化曲线. 通过极化曲线计算自腐蚀电位和腐蚀电 10 A/cm ).
流密度列于表1中. 极化曲线表明MAO涂层的阳极反 Zr合金基体和不同工作电压的MAO涂层的交流
应速度远低于Zr合金基体. 相比较于Zr合金基体，MAO 阻抗谱如图7所示. 从图7(a)可以看出，MAO涂层的容
涂层具有更高的自腐蚀电位和更低的腐蚀电流密度， 抗弧半径均大于Zr合金基体，表明MAO具有更好的耐
表明MAO涂层可以保护基体，提升其耐腐蚀性能. 这 腐蚀性能. 材料的耐腐蚀性也可以通过|Z| f→0 的值来判
是因为MAO涂层的内层致密层阻碍了腐蚀液进入到 定，|Z| f→0 的值越高，其耐腐蚀性能越好 . 从图7(b)中
[16]
[15]
基体表面，降低了Zr合金的腐蚀 . MAO-260 V涂层 的Bode图(空心点线)可以看出，MAO-260 V涂层具有
具有最高的致密度，因此MAO-260 V涂层具有最高的
最高的|Z| f→0 值，即最好的耐腐蚀性能，这与极化曲线
0.1 的结果一致. 结合相图(实心点线)可以判断，MAO涂
Substrate
0.0 MAO-220 V 层具有3个时间常数，高频区对应于涂层与腐蚀液的
MAO-260 V
−0.1 MAO-300 V 界面，中频区对应于涂层的外层多孔层，而低频区对
MAO-340 V
E/V −0.2 应于涂层的内层致密层.
−0.3 针对MAO涂层的交流阻抗图谱，建立了对应的
−0.4 等效电路图[见图7(c)]，用以描述MAO涂层的电化学
−0.5 响应. R 为溶液电阻，Q 、Q 和Q 以及对应的R 、R 和
2
3
1
1
2
s
−0.6 R 分别表示涂层与腐蚀液界面、外层多孔层和内层致
3
−12 −11 −10 −9 −8 −7 −6 −5
2
LogI/(A/cm ) 密层阻抗. 恒相位元件Q主要由Y和n的值决定，当

n=1时，Q可以当作是理想电容. 通过等效电路拟合的
Fig. 6 Electrochemical polarization curves of MAO coatings
with different voltages 结果列于表2中. MAO涂层的内层致密层阻抗R 的值
3
图 6 不同工作电压的MAO涂层的电化学极化曲线
比外层多孔层阻抗的值R 高出约1个数量级，表明MAO
2
[17]
涂层的内层致密层是影响其耐腐蚀性最主要的因素 .
表 1 不同工作电压的MAO涂层的自腐蚀电位和
腐蚀电流密度 值得注意的是，MAO-260 V涂层具有最高的R 值.
3
Table 1 Corrosion potential and corrosion current 图8表示Zr合金基体和不同工作电压的MAO涂层
density of MAO coatings with different voltages 的摩擦系数和开路电位(OCP)变化曲线. 首先，试样浸

2
Sample E corr /V i corr /(A/cm ) 泡在腐蚀液中500 s，浸泡过程中OCP值变化不大，说
Substrate −0.425±0.04 (1.877±0.12)×10 −7 明涂层表面达到稳定的电化学状态. 当试样开始磨蚀
−9
MAO-220 V −0.238±0.02 (6.56±0.54)×10
−9 试验时，OCP急剧下降到1个较低的值. 这是因为机械
MAO-260 V −0.205±0.02 (6.24±0.58)×10
−9 磨损破坏了涂层稳定的电化学状态. 随着磨蚀试验的
MAO-300 V −0.242±0.02 (6.67±0.62)×10
−8
MAO-340 V −0.348±0.03 (1.414±0.11)×10 进行，钝化膜的生成速率和去除速率再次达到新的动