AZ91D镁合金缓蚀剂及纳米复合镀研究

摘要

在众多的轻金属当中，镁合金比铝基合金密度小约35％，比钛基合金小约65％。与常用的刚、铝等材料相比具有较高的比强度、比刚度、比弹性模量，机械加工性能优良，可回收再利用等特点被广泛用于交通运输、航空航天、数码通讯以及生物医学领域，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。然而，镁的电极电势在众多工程材料中又是很低的(-2.36V)，具有很高的化学和电化学活性，极易遭受腐蚀，即使是在空气当中，表面也会生成一层疏松多孔的氧化物或水化物，严重制约了镁及镁合金的广泛应用。采用表面处理技术能够提高对镁及镁合金的耐蚀性能。因此，研究适合镁合金的表面处理方法将显得十分重要，极具应用价值和经济价值。
　　 添加缓蚀剂是抑制金属腐蚀的一种简单有效的方法，只需投入较少的缓蚀剂即可获得较理想的缓蚀效果，而且缓蚀剂不影响材料本身的性能。因此，在考虑环保、经济等因素的前提下，本论文采用电化学阻抗、动电位极化、计算化学以及紫外光谱等研究了五种不同缓蚀剂在不同浓度下对镁合金的腐蚀抑制作用，并且详细探讨了缓蚀剂的作用机理，研究结果对于镁合金在含有NaCl介质中缓蚀剂的选择和使用具有重要意义。这五种缓蚀剂分别为：硫脲(TU)，硫代氨基脲(TSC)，烯丙基硫脲(ATU)，苯甲酸钠(BZ)，柠檬酸钠(SC)。实验结果表明：硫脲，硫代氨基脲和烯丙基硫脲对镁合金的腐蚀具有抑制作用，硫代氨基脲的效果最佳；苯甲酸钠和柠檬酸钠对镁合金的腐蚀行为没有抑制作用，柠檬酸钠反而能加速镁合金在溶液中的溶解，使腐蚀速率加快。电化学手段与计算化学、紫外光谱得出的结果保持一致。
　　 镁合金缓蚀剂技术的研究处于发展阶段，本论文研究的五种缓蚀剂的缓蚀效果尚不能满足工业标准，而且缓蚀剂的应用大多是在潮湿环境中，为了较大幅度地提高镁合金的耐蚀性能以及扩大应用范围，因此有必要继续探索其它表面处理方法。电镀作为一种常见的表面处理方法，其操作简单，镀层厚度易于控制，根据实际需要可以获得具有装饰性、耐腐蚀性、可焊性、导电性和耐摩擦性优良的镀层，能拓展材料的应用范围。但是镁合金由于本身活性大，容易遭受镀液的腐蚀，因此不适合直接电镀，需要进行特殊的前处理。本文综述了镁合金电镀技术以及电镀前处理的方法，针对镁合金的特点采用化学镀镍层作为中间过渡层，然后再在化学镀镍层表面实施Ni-Co-TiO2纳米复合镀。借助动电位极化、电化学阻抗技术研究了复合镀层在0.6 mol L-1 NaOH，0.6 mol L-1 Na2SO4和3.5、wt.％NaCl中性溶液中的电化学腐蚀行为，并且对镀层的形貌、结构以及成分作了相应的测试。结果表明，该复合镀层在多种腐蚀介质中对镁合金基体均具有良好的腐蚀保护性能，且复合镀层对基体耐蚀性能的提高明显优于化学镀层。另外，利用浸泡测试考察了复合镀层的长期保护能力，结合等效电路模型探讨了复合镀层降解的机理。