镁合金表面处理新方法及纳米改性轿车面漆的研究

【摘要】： 本文主要包括以下两方面内容：第一部分，镁合金表面处理新方法的研究；第二部分，纳米改性轿车面漆的研究。 在镁合金表面处理新方法的研究方面。镁及其合金具有比强度和比钢度高的特点，但是其耐腐蚀性差，限制了其在工业领域的广泛应用。现有的镁合金表面铬酸盐处理方法存在严重的环境污染。因此研究环境友好的镁合金表面处理新方法对于其有效利用十分必要。本论文采用两种新的方法研究了对镁合金表面的保护，一为自组装单分子膜，另一为化学转化膜。 1．通过接触角、红外光谱，XPS及椭圆偏振方法研究了烷基羧酸离子及烷基膦酸在镁合金表面自组装单分子膜的形成，电化学方法用来研究这种膜层对镁合金的保护性能。结果表明在烷基羧酸盐(C_nH_(2n-1)O_2Na，n=12，14，18)的无水乙醇溶液中，镁合金AZ91D氧化表面形成了以羧基基团为头基，以烷基链末端甲基为尾基的致密定向排列的单分子层C_nA~-SAMs；烷基羧酸根与镁基底的结合方式为单齿键合，即烷基羧酸根其中一个氧原子与MgO基体结合。椭圆偏振结果表明三种烷基羧酸离子C_(12)A~-，C_(14)A~(-，)C_(18)A~-所形成的单分子层厚度分别为12.8(?)，18.3(?)，21.7(?)，计算的分子倾斜角分别为40.8°，33.3°和27.7°，与C_nA~-在氧化铝表面的吸附行为相似。EIS结果显示该单分子层对镁合金基体有较好的腐蚀保护性能，C_(18)A~-SAMs的保护效率甚至高达98％，且烷基链越长，组装时间越接近吸脱附平衡，所得到SAMs的保护性能越好。进一步研究了镁合金表面在不同碳数烷基膦酸水溶液和乙醇溶液中的组装行为。研究表明，镁合金表面在不同碳数烷基膦酸水溶液和乙醇溶液中，均形成烷基长链作为尾基的的高度疏水表面，且不同介质中烷基膦酸和镁合金表面键合及成膜方式可能不同，在乙醇中最可能采取单齿键合的模式，而水溶液中则可能采取双齿键合模式。膜层生长机理是一个腐蚀/沉淀的过程。 2．通过SEM，XPS及XDR方法研究镁合金表面钼酸盐/磷酸盐复合转化膜体系。结果表明镁合金钼酸盐转化膜组成为MoO_2，MoO_3，MgO，Al_2O_3，MnO etc．和少量的CaMoO_4，微观表面呈“干枯河床”状的非晶态结构；而钼酸盐/磷酸盐转化膜，则是微观表面呈均匀“蜂窝”状的晶态结构，其主要成分为含Mn~(2+)，Ca~(2+)的复合金属磷酸盐和CaMoO_4，MgO，Al_2O_3，MnO_2组成的复合相。动电位时间曲线结果表明钼酸盐/磷酸盐转化膜的增长机理是一个腐蚀/沉积过程，类似于钢表面的磷化过程，区别在于钼酸盐/磷酸盐复合膜中有新的钼酸盐沉积形成复合相为基体提供了有效的腐蚀保护。MoO_4~(2-)/H_2PO_4~-的摩尔比和pH值对这种复合转化膜的成膜有很大影响。EIS结果表明钼酸盐/磷酸盐转化膜的腐蚀电阻值较单一的钼酸盐转化膜高出近两个数量级，最大Rp达约4.0×10~6Ocm~2。盐水浸泡试验表明磷酸盐/钼酸盐复合处理膜层的耐蚀性能和铬酸盐转化膜相当，有望取代传统的铬酸盐处理。 3．纳米改性轿车面漆的研究方面。首先选择合适的纳米TiO_2粉体，采用循环搅拌式珠磨机，借助超声预处理分散手段，研究了超声波预处理、分散剂、研磨时间、以及研磨工艺参数对研磨分散效果和浆体稳定性的影响。通过TEM、激光粒径分析及UV-VIS光谱对分散的纳米TiO_2浆料进行了性能表征。结果表明纳米TiO_2浆料达到极限研磨尺寸约120nm的时间由2.5小时减少到1～1.5小时，节省大约40％的能耗。超声预处理可以得到相对更小的极限粒径。增加分散剂量不能明显改变分散后浆体的极限平均粒径，但是粒径分布相对更窄。较高的转速可以在较短时间内达到较小的极限平均粒径，但是过高的转速导致研磨机内腔的磨损及造成研磨浆体的污染。 4．进一步制备了具随角异色效应的金属面漆。研究了各个组分对涂膜雾影及机械性能的影响。其中基体树脂中加入一定比例的IPDI封闭型异氰酸酯，可以增加涂膜的耐磨性。利用少量的纳米BaSO_4取代纳米TiO_2，可以有效降低涂膜的雾影及提高耐磨性，获得了随角异色效果显著的金属闪光轿车面漆。并进行了中试放大试验。