镁合金具有密度小、比强度高和铸造性好等诸多优点,但由于其耐磨耐蚀性差,一般需对其进行表面处理以延长有关工件的使用寿命。等离子体电解氧化(Plasma Electrolytic Oxidation,PEO)是一种新型表面处理技术,可在Mg、Al、Ti等阀金属表面制备氧化膜,常被用来改善金属的耐磨、耐蚀性以及生物性能。在电解液中加入Na2W04能制备含W的PEO膜层,此类膜层在光催化、半导体等众多领域都有极大的应用潜力。尽管关于镁合金PEO的研究众多,但对其成膜机理还缺乏深入了解。PEO过程受到很多因素的控制,关于频率对PEO的影响仍有争议。本文将AZ3 1镁合金在铝酸钠-钨酸钠电解液体系中进行PEO处理,改变电解液组成、频率和电流脉冲制度等变量,采用 SEM、XRD、XPS、光电转换技术和实时火花拍摄等手段,对PEO放电过程、制备的膜层组成和微观结构、膜层性能和PEO成膜机理进行了系统的研究。此外还利用铈盐和磷酸盐对PEO膜层进行了封孔处理,研究了封孔对膜层结构和电化学性能的影响。主要内容如下:(1)PEO膜层厚度和粗糙度随电解液体系中Na2WO4浓度升高而增大。加入Na2WO4后膜层由白色变为黑色,膜层中出现WO3和W18O49晶相;膜层表面出现典型的饼状结构,在膜层与镁合金基体界面处出现W富集现象,Al元素含量自膜层最外层向内逐渐降低。在电解液中加入Na2W04能够提高PEO膜层耐蚀性,加入10 g.L-1的Na2WO4时制备的膜层耐蚀性最好,腐蚀电位(Ecorr)为-1.467 V,腐蚀电流密度(jcorr)为 8.22× 10-7A·cm-2。在本论文的体系中,PEO膜层由穿透型放电形成。分步氧化法表明PEO早期膜层同时沿着基体表面向内向外生长;在PEO后期,放电通道内高达104 A cm-2的阳极电流密度使饼状结构下方的内层膜熔解,使膜层沿基体向下生长,产生的热量将H2O分解从而释放大量的气体。(2)在100-2000 Hz范围内,双脉冲时增加频率使放电更剧烈,释放的气体更多,膜层厚度与粗糙度也随之增大,膜层中W元素含量增加颜色加深。PEO时放电通道的冷却时间约为2 ms,100 Hz时放电间隔时间较长足以使放电通道冷却,放电火花尺寸小、分布均匀,负脉冲结束后火花熄灭;2000 Hz时放电间隔时间短,放电通道来不及完全冷却从而使火花更易聚集在熔融区域,放电火花尺寸大、数量少,PEO处理时样品表面始终有放电火花。放电过程的不同使低频时形成的膜层致密、缺陷少,而高频时膜层中的孔洞等缺陷尺寸较大。无负电流时由于阳极区域电解液缺少H2的搅拌作用,膜层中的W/Al 比增大,膜层颜色加深。(3)采用Ce(NO3)3和Al(H2PO4)3对PEO膜层进行封孔处理后,膜层中出现AlPO4、Al(PO3)3和 Al(H2PO4)3等物相,并未发现铈氧化物的相。封孔后膜层表明饼状结构消失,孔洞尺寸显著减小。极化测试表明封孔后腐蚀电位正移,腐蚀电流密度也更低;阻抗测试表明封孔后膜层腐蚀电阻由9.7 kQ cm2增大到82.4 kQ cm2,测试过程中未出现点蚀,镁合金耐蚀性得到进一步改善。总之,本论文结合镁合金PEO的研究现状,以改善镁合金表面性能为目标,分别研究了 Na2WO4、频率和负电流对AZ31镁合金PEO过程和膜层结构与性能的影响,研究了 PEO成膜机理并用封孔改善了膜层耐蚀性,在膜层制备与改性方面进行了一些探索,取得了一定的进展。