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镁合金植酸转化膜结构与耐腐蚀性能研究

刘会云  
【摘要】:化学转化技术是镁合金防腐蚀的有效方法之一,但是传统的铬酸转化处理液中含有有毒的六价铬,污染环境,危害人类健康,人们正致力于无铬化学转化技术的开发。本研究以无毒植酸为主要处理剂,系统研究了工艺条件及多次成膜工艺对AZ31镁合金植酸转化膜结构及耐蚀性能的影响,并对成膜机理进行了探索。同时对纯镁和AZ91镁合金进行了植酸转化处理,研究了基体材料对植酸转化成膜的影响。试验中,以SEM观察转化膜的表面形貌,EDS、XPS、FTIR分析膜层的成分结构,以极化曲线和EIS评价膜层的耐蚀性能。 对AZ31镁合金进行植酸转化处理时发现,延长处理时间,升高转化温度、降低处理液的pH值或增大植酸浓度都会使膜层厚度增大,致密性下降,甚至出现干泥状开裂,合适的参数组合条件可得到厚度适中,相对致密的膜层。由EDS和XPS分析,膜层的主要成分为C、O、Mg、P元素,在较长的时间、较高的转化温度、较低的pH值或较高的植酸浓度条件下,膜层组分中会有Al元素出现。 成膜机理分析表明,转化膜为混合物。成膜初期膜层主要组分为镁的化合物,包括植酸镁盐、MgO和Mg(OH)_2;随着处理时间的延长,转化膜表层金属植酸盐的比例增大,且膜层中出现Al元素,Al以Al-O形式存在。 极化曲线测试和电化学交流阻抗分析显示,AZ31镁合金植酸转化最佳成膜工艺条件为:处理温度20℃,转化液pH=3,植酸浓度5g/L,处理时间30min。在最佳工艺条件下制备的试样在0.9wt%NaCl腐蚀液中出现明显的钝化现象,点蚀电位和自腐蚀电位明显分离,点蚀电位较未处理试样升高约290mV,腐蚀电位升高约50mV,自腐蚀电流密度下降两个数量级,极化电阻较未处理试样提高两个数量级,耐蚀性能得到显著提高。 对AZ31镁合金,多次成膜试样较单次10min成膜试样膜层增厚,耐蚀性能提高,但是较同等时间单次成膜试样的耐蚀性变差。 以纯镁及AZ91镁合金为基体进行植酸转化试验,发现本实验工艺条件下纯镁表面制备的膜层致密性更差,AZ91镁合金β相的电位高于α相,在β相上更难成膜。


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