结合阳极氧化和电沉积工艺以增强铝合金的化学防护性能

《Surface and Coatings Technology》：Combining anodising and anaphoresis to enhance the chemical protection of Al alloys

AISI 316L-MgO复合材料在800-1000℃氧化过程中形成Cr2O3、Fe2O3及MgCr2O4、MgFe2O4尖晶石涂层，其生长受氧分压梯度及元素扩散控制。通过XRD、SEM/EDX/EBSD和热力学计算，揭示了Cr2O3与MgO反应生成MgCr2O4的动力学机制，并证实Fe2O3与MgO反应形成MgFe2O4的相变过程。涂层厚度与时间呈幂律关系，高温下铁氧化物占比增加导致涂层成分梯度。该研究为优化铝电解用惰性阳极的腐蚀防护与导电性平衡提供理论依据。

　　高溫氧化技術在製備AISI 316L-MgO複合材料的保護性尖晶石塗層方面具有重要應用價值。該研究探討了在800°C、900°C和1000°C條件下，利用結構與微結構分析以及熱力學計算，分析AISI 316L-MgO複合材料表面的氧化過程。研究採用高溫X射線衍射（HTXRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、電子背散射衍射（EBSD）以及X射線光譜分析（XPS）等技術，以觀察氧化和反應過程中的結構變化和微觀特徵。

在高溫氧化過程中，Cr?O?在氧化的奧氏體晶粒表面快速形成，並與MgO接觸後迅速反應生成MgCr?O?尖晶石。氧化時間和溫度的增加會促進Fe?O?和MgFe?O?的形成，這些氧化物會部分與Cr?O?和MgCr?O?混合。尖晶石相的形成是通過元素間的擴散過程實現的，其摩爾體積比原始相（MgO、Cr?O?/Fe?O?）更大，因此會覆蓋MgO晶粒表面。這種機制為控制AISI 316L-MgO複合材料表面保護性尖晶石塗層的生長提供了理論基礎。

研究還發現，AISI 316L-MgO複合材料在高溫氧化過程中會形成不同氧含量的氧化物，如MgO、Fe?O?、Cr?O?和尖晶石相。這些氧化物的空間分布和相對含量在氧化過程中會隨著時間和溫度的變化而改變。例如，在800°C氧化時，MgCr?O?是主要的氧化產物，而在1000°C氧化時，Fe?O?和MgFe?O?的含量增加。這表明氧化溫度對氧化物的種類和含量有顯著影響。

此外，研究還發現，氧化過程中的氧分壓梯度會導致尖晶石塗層的組成呈現梯度分布。在塗層的上層，氧分壓較高，因此尖晶石中鐵的含量較高；而在塗層的下層，氧分壓較低，因此鋁的含量較高。這種組成梯度是因為氧的擴散速度和氧化過程中的反應動力學所致。此外，氧化過程中的氧分壓梯度也與鋼中合金元素的含量及其擴散行為密切相關。

研究進一步分析了氧化動力學，發現氧化物的生成速度與時間呈非線性關係，且在不同溫度下表現出不同的動力學行為。例如，在800°C時，氧化物的生成速度較慢，而隨著溫度升高，氧化速度加快。這種動力學行為與氧化物的生成機制和反應擴散過程密切相關。

研究還發現，氧化過程中的氧擴散和反應擴散行為會影響氧化物的生成和分布。例如，在氧化初期，Cr?O?和Fe?O?會在鋼晶粒表面生成，並與MgO反應生成尖晶石相。隨著氧化時間的延長，Fe?O?和MgFe?O?的生成會增加，而Cr?O?的含量則相對減少。這種變化是因為氧化過程中的氧分壓梯度和反應擴散過程的影響。

研究還討論了氧化過程中的結構變化和微觀特徵。例如，在高溫氧化後，MgO晶粒表面會生成尖晶石相，而這些尖晶石相會覆蓋MgO晶粒。此外，氧化過程中的氧擴散和反應擴散行為會導致氧化物的生成和分布，並影響複合材料的電導率和耐腐蝕性能。

總體而言，這項研究通過結構和微結構分析以及熱力學計算，揭示了高溫氧化過程中AISI 316L-MgO複合材料表面氧化物的生成機制和動力學行為。研究結果為開發具有優異耐腐蝕性能和電導率的保護性尖晶石塗層提供了理論基礎和實驗支持。