鎂合金表面無(wú)鉻鈰釩轉(zhuǎn)化膜制備及防護(hù)性能研究.pdf

1、由于資源豐富及具有輕量化、比強(qiáng)度高、鑄造性好等優(yōu)點(diǎn)，鎂合金已成為汽車(chē)、航空航天、國(guó)防以及高科技產(chǎn)品首選使用材料。但鎂合金耐蝕性差制約了其廣泛的使用。國(guó)內(nèi)外針對(duì)鎂合金表面防腐處理進(jìn)行了大量的研究，其中化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)因工藝能耗低、成本低廉、操作過(guò)程簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，而受到越來(lái)越多的重視。傳統(tǒng)化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝使用的鉻酸鹽由于其高毒性，高致癌性而被限制應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)合適的替代轉(zhuǎn)化處理工藝已十分迫切。為此，本文以AZ31鎂合金為對(duì)象，以制備新型無(wú)鉻鈰釩

2、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、揭示其成膜機(jī)理和防護(hù)機(jī)制為目標(biāo)，展開(kāi)研究。主要研究?jī)?nèi)容及相關(guān)結(jié)論如下：
　　(1)結(jié)合鈰鹽和釩酸鹽轉(zhuǎn)化膜對(duì)鎂合金的防護(hù)特點(diǎn)，提出鎂合金上制備新型無(wú)鉻鈰釩化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的表面處理技術(shù)。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)及單因素實(shí)驗(yàn)優(yōu)化確定的制備工藝條件為：Ce(NO3)3濃度為9.21mM，NaVO3濃度為19.7mM，pH=2.5，成膜溫度為50℃，成膜時(shí)間為20min。最佳工藝制備的轉(zhuǎn)化膜為金黃色，微觀(guān)形貌為大量球形顆粒堆積組成，并且表面均勻

3、分布網(wǎng)狀微裂紋。其膜層結(jié)構(gòu)為無(wú)定形，膜厚為1.98μm左右，有內(nèi)外兩層，內(nèi)層主要由Mg、Al、V、F和O組成，外層主要由Mg、V、Ce和O組成。
　　(2)考察了成膜因素對(duì)轉(zhuǎn)化膜的微觀(guān)形貌與成分及膜層耐蝕能力的影響，并采用電化學(xué)測(cè)試技術(shù)監(jiān)測(cè)成膜過(guò)程電化學(xué)信息的變化，提出了鈰釩轉(zhuǎn)化膜的形成機(jī)理。結(jié)果表明：鈰鹽與釩酸鹽協(xié)同轉(zhuǎn)化成膜，其過(guò)程分為三個(gè)階段：MgF2-MgO膜及基體的溶解階段、內(nèi)層釩酸鹽轉(zhuǎn)化膜形成階段、CeVO4顆?？焖俪练e

4、階段。各成膜因素通過(guò)對(duì)這三個(gè)階段中發(fā)生的固液界面化學(xué)反應(yīng)的影響而影響形成膜的形貌及成分，進(jìn)而影響膜層的耐蝕能力。
　　(3)通過(guò)中性鹽霧實(shí)驗(yàn)、NaCl溶液浸泡實(shí)驗(yàn)、劃痕實(shí)驗(yàn)以及模擬劃痕實(shí)驗(yàn)對(duì)鈰釩轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性及自愈合性進(jìn)行評(píng)價(jià)。借助各種表征手段以及電化學(xué)測(cè)試技術(shù)研究了轉(zhuǎn)化膜在NaCl溶液浸泡過(guò)程中的腐蝕與自修復(fù)行為，提出了其自愈合機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：鈰釩轉(zhuǎn)化膜的耐中性鹽霧時(shí)間至少為96h，并且轉(zhuǎn)化膜使鎂合金的自腐蝕電位提高157m

5、V左右，腐蝕電流密度降低2個(gè)數(shù)量級(jí)，容抗弧擴(kuò)大了30倍左右。在7天NaCl溶液浸泡過(guò)程中，不僅完整膜層對(duì)鎂合金表現(xiàn)出良好的防護(hù)效果，而且?guī)澓鄣哪油瑯游闯霈F(xiàn)腐蝕，表現(xiàn)出自修復(fù)現(xiàn)象。膜層的這種特性主要由膜層中V的遷移轉(zhuǎn)化提供，其能夠在暴露的鎂合金表面形成主要含V、Mg的氧化/氫氧化物的鈍化膜。
　　(4)為了進(jìn)一步增強(qiáng)鈰釩轉(zhuǎn)化膜的防護(hù)性能，采用硬脂酸對(duì)鈰釩轉(zhuǎn)化膜進(jìn)行改性處理，并對(duì)改性后的膜層進(jìn)行表征。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化確定的改性工藝

6、條件為：硬脂酸濃度為10g/L，反應(yīng)溫度為25℃，反應(yīng)時(shí)間8h?？疾炝朔磻?yīng)時(shí)間對(duì)改性膜層微觀(guān)形貌、表面接觸角與耐蝕性的影響。通過(guò)中性鹽霧實(shí)驗(yàn)與電化學(xué)測(cè)試技術(shù)對(duì)其耐蝕性進(jìn)行評(píng)價(jià)。并對(duì)硬脂酸改性鈰釩轉(zhuǎn)化膜在NaCl溶液浸泡過(guò)程中的腐蝕行為進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明：反應(yīng)時(shí)間對(duì)改性膜層的耐蝕性影響最大，表現(xiàn)為反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，耐蝕性越好。改性處理后，形貌由球狀顆粒堆積轉(zhuǎn)變?yōu)椴嘶?，同時(shí)，原有膜層的裂紋被修補(bǔ)。CH3(CH2)16COO-通過(guò)化學(xué)鍵合

7、作用成功接枝到鈰釩轉(zhuǎn)化膜上，使膜層由親水性轉(zhuǎn)變?yōu)槌杷裕佑|角達(dá)到154.6°。膜層耐鹽霧時(shí)間提升至22天。與改性前相比，膜層的自腐蝕電位正移149mV，腐蝕電流密度降低了2個(gè)數(shù)量級(jí)，膜層電阻至少提高了28倍。硬脂酸改性對(duì)轉(zhuǎn)化膜在3.5wt.％NaCl溶液中長(zhǎng)期浸泡的防護(hù)能力也有明顯的增加作用，并且，硬脂酸改性作用對(duì)膜層的自愈合能力沒(méi)有影響。
　　研究結(jié)論證明：鈰釩轉(zhuǎn)化膜可以顯著提高鎂合金的耐蝕性，在腐蝕環(huán)境中為鎂合金提供良好防