AZ91D镁合金植酸转化膜研究

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Pa2+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15min，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Pa2+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。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1镁合金的概述

1.1.1镁合金的基本知识

1.1.2镁合金的特性及应用

1.2镁合金的腐蚀

1.2.1镁合金的腐蚀特性

1.2.2镁合金主要的腐蚀形式

1.3镁合金的表面防护方法

1.3.1冶金方法

1.3.2表面改性

1.3.3合成保护性膜及涂层

1.3.4有机涂层及特殊涂层技术

1.4镁合金化学转化膜研究现状及发展趋势

1.4.1镁合金化学转化膜研究现状

1.4.2镁合金表面化学转化处理存在的问题及发展趋势

1.5植酸特性及主要应用

1.5.1植酸特性及研究现状

1.5.2植酸在金属防护方面的应用

1.6本文研究目的及主要研究内容

第2章植酸转化膜成膜工艺研究

2.1引言

2.2实验材料及方法

2.3实验结果与分析

2.3.1成膜工艺正交实验设计与结果分析

2.3.2 pH值的影响

2.3.3温度的影响

2.3.4浓度的影响

2.3.5镁合金基体成分的影响

2.4本章小结

第3章最佳工艺制备的植酸转化膜性能研究

3.1引言

3.2实验材料及方法

3.3膜层的形貌分析

3.4膜层的附着力分析

3.5膜层的成分和结构分析

3.6膜层的耐蚀性分析

3.6.1 E-t曲线分析

3.6.2极化曲线分析

3.6.3交流阻抗分析

3.6.4全浸实验结果与分析

3.7本章小结

第4章植酸转化膜形成过程及其机理研究

4.1引言

4.2植酸转化膜形成过程研究

4.2.1反应动力学分析

4.2.2电化学交流阻抗测试

4.2.3形貌观察

4.2.4成分分析

4.3植酸转化膜成膜机理探讨

4.4本章小结

第5章植酸转化膜-化学镀镍的研究

5.1引言

5.2实验材料及工艺

5.3实验结果与分析

5.3.1植酸转化膜上沉积镍的形貌、成分和相结构

5.3.2植酸转化膜上沉积镍的耐蚀性研究

5.3.3结合力的检测

5.3.4植酸转化膜上沉积镍的形成机理研究

5.4本章小结

第6章植酸转化膜-有机涂层研究

6.1前言

6.2有机涂层的制备及实验方法

6.3实验结果与分析

6.3.1盐雾试验结果

6.3.2漆膜结合力试验结果

6.3.3环氧清漆涂层腐蚀电化学行为研究

6.3.4涂层电容与涂层电阻信息的解析

6.3.5转化层对镁合金涂装的意义

6.4本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

个人简历