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AZ91D镁合金植酸转化膜研究

崔秀芳  
【摘要】: 镁合金具有许多优异的性能,如低密度、高比强度、高导热性等,广泛地应用于汽车、国防、航空航天等领域。但是,镁合金耐蚀性很差,这很大程度上制约了其使用。解决此问题的一个有效而又经济的方法就是对镁合金进行化学转化处理。然而,由于化学转化处理液大都含铬或其他重金属,对环境与人体都有危害,目前已被限制使用。因此,寻找环境友好型转化膜就显得非常迫切。 本文采用具有独特分子结构及优异环境友好型的植酸作为化学转化处理液在AZ91D镁合金表面制备了新型化学转化膜——植酸转化膜,且通过正交实验优化了其制备工艺;利用AFM、SEM、TEM、AES、EDS、XPS及FTIR等技术研究了转化膜的微观组织形貌、相结构、成分、官能团等,结合电化学测试系统分析了转化膜的形成过程,提出了其形成机理;借助EIS、SEM等研究了镁合金表面植酸转化膜在NaCl溶液浸泡过程中的腐蚀行为,深入分析了转化膜的保护机制;采用硅烷偶联剂作为连接体,将镁合金表面植酸转化膜与Pa~(2+)实现化学键连接并进行了化学镀镍,通过XPS、FTIR等对这一过程进行了表征,并对镀镍层的形貌、结构、耐蚀性及其机理等进行了研究;通过盐雾试验、结合力测试、电化学测试等研究了植酸转化膜作为前处理膜对AZ91D镁合金表面涂装有机涂层性能的影响,并深入分析了其机理。 转化膜制备工艺研究结果表明:最佳工艺条件是处理液浓度5g/L,成膜温度20℃,成膜时间15 min,pH值8。 转化膜形成机理研究结果表明:转化膜的形成是基体的溶解和转化膜的沉积两者共同作用的结果;形成过程可以分为快速成膜、稳定成膜、转化膜老化三个阶段;转化膜是由镁离子及铝离子与植酸按照不同方式螯合的产物。 转化膜保护机制研究结果表明:转化膜在3.5%NaCl溶液中的失效形式主要为脱溶和剥离,失效过程可分为Cl~-吸附期、转化膜溶解期、转化膜穿透期三个阶段。 转化膜上化学镀镍研究结果表明:转化膜可通过硅烷偶联剂将Pa~(2+)吸附到合金表面,形成化学镀镍的催化活性中心,使得镀镍层结构均匀致密、自腐蚀电流明显降低、自腐蚀电位正移、阳极极化范围内出现明显钝化现象。 转化膜上制备有机涂层研究结果表明:转化膜的存在较大程度地改善了涂装体系的耐蚀性。这是由于转化膜提高了有机涂层与镁合金基体的结合性能,增强了涂装体系的介质屏蔽性能,同时,转化膜自身具有较好的耐蚀性。 研究证明:植酸转化膜具有独特的结构,其本身可以有效地提高镁合金的耐蚀性,同时可以作为中间层提高镁合金表面镀镍层或有机涂层的耐蚀性,这对镁合金及其他金属表面防护设计具有现实的理论指导意义,因而,镁合金植酸转化膜的研究无疑具有重要的工程应用价值和前景。


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