镁合金具有重量轻、资源丰富等一系列显著的优势,然而其耐蚀、耐磨性很差,成为制约镁合金进一步应用的瓶颈。等离子体电解氧化(Plasma electrolytic oxidation,PEO)可以在镁合金表面生成陶瓷膜,显著提高其表面性能。为了进一步提高镁合金PEO膜层的性能以及理解镁合金PEO过程的机理,本文选用AZ31镁合金分别在磷酸盐与硅酸盐混合体系和铝酸盐体系中进行研究,考察了 SiC纳米粒子对PEO行为和膜层性能的影响,分析了 AZ31镁合金在不同电解液中的PEO成膜规律和不同微观结构。在12g/L Na2SiO3+15g/L(NaP03)6体系中,通过在高电流密度(HC)和低电流密度(LC)以及是否添加碳化硅(添加量2 g/L)考察了电流密度和碳化硅的添加对PEO行为和膜层性能的影响。在HC下的膜层生长速度快于LC条件下的膜层(同样添加碳化硅的HC-SiC试样成膜速度快于LC-SiC试样)。在相同的电流密度下,SiC的添加可以使PEO膜层厚度相应增加,处理1200 s时,HC和HC-SiC试样厚度分别为121 μm和126 μm,而LC和LC-SiC试样厚度分别为76 μm和88 μm。XRD的结果表明,在不同条件下形成的膜层都含有大量的非晶相(可能与膜中硅和磷的成分有关),此外膜中的晶相主要组成为Mg2SiO4和MgO。XRD的结果同时也证实了 SiC参与了成膜。同时,扫描电镜的结果也观测到了 SiC颗粒在膜中的存在,和XRD的结果相互证实。采用微动磨损试验考察了反应时间为1200 s的不同膜层的耐磨性,结果表明,低电流密度下形成的LC膜层耐磨性高于HC条件下形成膜层的耐磨性,这可能与HC条件下膜层的致密度的降低有关。在两种不同电流密度下,SiC的加入均可以显著提高膜层的耐磨性,这可能与SiC提高膜层厚度及在耐磨性能表现上的均匀性有关。通过在该电解液体系的处理,不同条件下的膜层均提高了 AZ31镁合金的耐腐蚀性。在铝酸盐电解液体系中,随着电解液(NaAlO2)浓度的提高,PEO膜层的生长速率增大,尤其是电解液中加入六偏磷酸钠后(10g/LNaAlO2+10g/L(NaPO3)6+1 g/LKOH),膜层生长速率显著升高,处理1200 s可生成厚度74 μm的膜层。铝酸盐电解液体系的PEO氧化膜的相组成主要为MgO和MgAl2O4。在低浓度(2 g/L NaAlO2+1 g/L NaOH)中形成的PEO膜层微观形貌是节瘤状结构,而当NaAlO2浓度提高到 10 g/L NaAlO2+1 g/L NaOH 和 20 g/L NaAlO2+1 g/L NaOH 时,膜层形貌转化为“饼状”结构,膜层内部存在大的孔洞。该结构的出现可以用之前提出的一个PEO模型来解释。在不同NaA102体系形成的PEO膜层中,在电解液10 g/L NaAlO2+10 g/L(NaP03)6+1 g/L KOH 中反应 1200 s 形成的膜层耐腐蚀最佳,腐蚀电流比基体减小两个数量级。