镁合金表面无水化学转化膜的制备、性能及形成机制研究

摘要

近年来随着科技的进步和环保意识的提高，镁合金表面无毒无污染的化学转化膜成为人们的研究热点。但是现有化学转化膜的研究主要是在水溶剂的环境里进行的，镁合金在酸性有水体系中就避免不了的发生剧烈反应，以至于大量氢气的析出严重影响了转化膜的致密度，进而降低了转化膜的防护作用，因此，无水转化膜的研究显得更有意义。
　　本文以富含羟基等有机官能团的植酸和易溶于有机溶剂的钕盐作为主要成分探索以无水乙醇作为载体的新型无水化学转化膜。利用电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、X-射线衍射仪（XRD）/光子能谱仪（XPS）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）以及电化学工作站等现代分析测试方法，对无水转化膜的表/截面形貌、组织结构和性能进行了研究，并对无水和有水钕盐转化膜进行了对比。依研究结果，推测分析了无水植酸转化膜和无水钕盐转化膜的形成机理，同时，对不同影响因素下转化膜表面裂纹开裂的应力场变化进行了计算机模拟。
　　转化膜制备工艺研究结果表明：无水植酸转化膜的柠檬酸前处理工艺和无水钕盐转化过程中酒石酸的添加均有效的提高了转化膜的成膜质量和耐蚀性能；确定无水植酸转化膜成膜工艺为：前处理45 s、植酸浓度15 g/L、成膜时间240 min、成膜温度25℃。
　　无水和有水钕盐转化膜对比结果表明：无水钕盐转化膜与有水钕盐转化膜相比，耐蚀性能相差不大，但膜层更致密，与镁合金基体的结合力更佳。
　　转化膜形成机理探索结果表明：无水植酸转化膜的形成机理与有水的相似，都是基体溶解和镁离子与植酸按照不同方式鳌合所得产物在基体上沉积共同作用的结果；无水钕盐转化膜主要以Mg、Nd和Al的氧化物和氢氧化物的形式存在，其他为极少量的溶质夹杂物。
　　计算机模拟结果表明：转化膜开裂过程中水分的蒸发速度、化学成分、转化膜厚度等因素对转化膜开裂表面形貌和内应力变化趋势均有影响，且模拟结果反映了实验过程中无法给出的微观结论，并对转化膜裂纹的开裂和控制提供了理论依据，因而该模拟对转化膜的优化与发展应用具有非常重要的意义。

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第1章 绪 论

1.1 选题的背景及意义

1.2 镁合金及其表面防护技术

1.3 化学转化膜

1.4 无水化学转化膜

1.5 本文研究的主要内容

第2章 实验材料、研究路线及方法

2.1 实验材料及试样制备

2.2 研究路线

2.3 分析测试方法

2.4 本章小结

第3章 无水植酸转化膜

3.1 引言

3.2 前处理对无水植酸转化膜成膜质量和性能的影响

3.3 植酸浓度对无水植酸转化膜质量和性能的影响

3.4 成膜时间对无水植酸转化膜质量和性能的影响

3.5 无水植酸转化膜的成膜机理探讨

3.6 本章小结

第4章 无水钕盐转化膜

4.1 引言

4.2 成膜促进济对无水钕盐转化膜成膜质量和性能的影响

4.3 酒石酸做促进剂下成膜时间对无水钕盐转化膜质量和性能的影响

4.4 无水钕盐转化膜的成膜机理探究

4.5 本章小结

第5章 转化膜表面开裂模拟研究

5.1 引言

5.2 标准模型的建立

5.3 不同条件对转化膜开裂应力影响的模拟研究

5.4 转化膜截面的应力变化研究

5.5 转化膜膜片单元增多对整体应力变化的影响的模拟研究

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文与专利

致谢