镁合金阳极氧化膜的腐蚀过程随pH变化的研究

摘要

镁及其合金具有许多优良性能，但镁及其合金耐蚀性能差，这严重限制了它们在许多工业领域的应用。为提高镁合金的耐蚀性能，通常都需要对镁合金进行表面处理，在众多的镁合金表面处理方法中，阳极氧化方法是性能和应用效果较好且具有市场竞争力的重要方法之一。本论文利用阳极氧化工艺对AZ31、AZ91和AM60系列镁合金进行处理。利用Mott-Schottky分析结合交流阻抗对镁合金阳极氧化膜腐蚀过程进行研究，为提高镁合金耐蚀性提供理论基础。
　　 在pH=5的3.5％NaCl溶液中，AZ31、AZ91和AM60氧化膜的载流子密度为1017～1020cm-3，平带电位为-1.54～1.77V，氧化膜均呈N型半导体特性。载流子密度变化较快，平带电位较正，腐蚀速率较快。AZ31、AZ91和AM60氧化膜在浸泡时间为1h时，低频阻抗模值最大，在浸泡12h之前，低频阻抗模值减小，膜的耐蚀性能降低，在浸泡12h后，低频阻抗模值出现反复趋势。
　　 在pH=6.8的3.5％NaCl溶液中，AZ31、AZ91和AM60镁合金阳极氧化膜均表现出N型半导体特性，阳极氧化膜载流子密度范围为1017～1019cm-3，镁合金载流子密度均在1019cm-3，在浸泡前期，膜的载流子密度比基体小两个数量级，氧化膜的平带电位为-1.52～-1.83V，镁合金的平带电位范围为-1.44～-1.62V，氧化膜的平带电位相对镁合金明显负移，氧化膜耐蚀性能较好，氧化膜腐蚀大致可分为四个过程：自我修复期-点蚀诱导期-点蚀期-快速腐蚀期。
　　 在pH=12的3.5％NaCl溶液中，膜的载流子密度范围为1017～1019cm-3，平带电位范围为-1.60V～-1.84V氧化膜仍表现出N型半导体特性，在pH=12的碱性环境中，膜的耐蚀性能最好。AZ31、AZ91和AM60氧化膜在pH=12的碱性环境中，载流子密度均为AZ91>AM60>AZ31，平带电位为AZ91AM60>AZ31。三种膜在浸泡时间为12h时，膜的平带电位最负。
　　 XRD分析得AZ31镁合金由α-Mg相组成，AZ91和AM60镁合金由α-Mg相和β-Mg17Al12相组成，阳极氧化膜主要由MgO相和镁橄榄石Mg2SiO4组成，Al、Mn等元素也参与成膜。
　　 量子化学方法对不同链节PASP的计算表明PASP分子电荷主要分布在N、O原子上，随着分子链节增大，分子△E逐渐减小、硬度η逐渐增大、软度S逐渐减小、化学势μ逐渐增大、分子亲电子指数ω逐渐增大，随着分子链节增大，分子反应活性越大，缓蚀效果越好。