镁合金新型稀土转化膜性能及机理研究

【摘要】：本文在镁合金表面制备新型稀土转化膜，优化制备工艺并分析研究膜层的各种性能，之后结合实验现象以及相关理论知识对膜层形成机理进行探讨和计算机模拟。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、X-射线光电子能谱仪(XPS)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和电化学工作站等仪器设备来表征膜层的微观形貌、晶体结构、化学成分以及电化学特性等。 选取新型的稀土盐作为转化液主盐，通过正交实验来优化膜层制备工艺，利用成膜溶液中的开路电位-时间曲线、增重实验以及形成过程中的微观扫描照片对膜层形成过程进行实时监测，其中对AZ31表面制备的铈盐转化膜和AZ91表面制备的钕盐转化膜的形成过程进行了详细而深入的分析。然后对最佳工艺条件下制备的铈盐转化膜、钕盐转化膜、钐盐转化膜和钇盐转化膜膜层进行微观形貌、晶体结构、化学成分以及耐蚀性等性能的表征。后处理工艺用来进一步提高转化膜自身的耐腐蚀性，同时增加与后续涂层间的结合力，对钕盐转化膜经植酸后处理，接着对膜层的微观形貌、化学成分、官能团以及耐蚀性等进行研究，实验结果表明经过植酸后处理的钕盐转化膜进一步提高了基体的耐蚀性并且膜层中出现了有机官能团。同时，文中对几种稀土盐混合成膜的竞争关系进行了分析说明，Sm和Y在竞争机制处于弱势地位，且第二相上和其附近区域不利于稀土元素的沉积。最后结合试验以及相关理论对镁合金稀土转化膜的成膜机制进行了探讨，成膜过程大致分为两大部分：首先是基体的溶解，形成的Mg2+与转化液中的OH-离子发生反应以Mg(OH)2沉积在基体表面；基体被Mg(OH)2部分覆盖后，Mg2+的溶出受到阻碍，此时溶液中的OH-离子开始与REn+反应，并沉积到先前的膜层表面。采用Monte Carlo方法，结合晶体学、热力学以及实验结果等一些内容为依据对稀土转化膜形成初期过程进行模拟，其结果与实验结果基本一致。