AZ91D镁合金稀土转化膜成膜工艺及膜层性能的研究

摘要

20世纪90年代，全球范围掀起了镁合金开发应用的热潮。镁由于性能独特，正在成为继钢铁、铝之后的第三大金属工程材料，被誉为“21世纪绿色工程材料”。然而，耐蚀性差却成为制约其发挥性能优势的主要因素之一。因此，进行适当的表面处理以增强现有镁合金的耐蚀性具有重要的现实意义。化学转化膜处理因其操作简单、成本低廉，是镁合金防腐蚀的有效方法。该技术一般是在酸性或中性的含六价铬的溶液中进行，但铬对人体健康非常有害。目前，镁合金无铬转化处理中受广泛关注的方法就是稀土转化处理，以稀土为主盐的溶液生成的转化膜无毒，对环境和人体的危害较小，能显著提高镁合金的耐蚀性。
　　 本文研究开发出分别以硝酸铈和混合稀土为主盐的两种镁合金表面稀土化学转化膜处理液配方及相关工艺。采用正交实验初步确定了影响因素的主次顺序，并分析了各因素对转化膜生长过程和性能的影响。在此基础上，本文主要分析了工艺参数对稀土转化膜成膜厚度、表面形貌、耐蚀性的影响。
　　 其次，通过点滴实验、浸泡腐蚀实验、析氢腐蚀实验等不同实验方法研究了镁合金两种转化膜的膜层的耐腐蚀性能，并通过金相显微镜、SEM、XRD等技术，系统的研究最佳工艺参数下两种转化膜的形貌、结合力、成分等基本信息。结果表明，两种稀土转化膜工艺都能够使镁合金的耐腐蚀性能得到了很大的改善，两种转化膜都均匀、致密，完全的覆盖了基体表面，对比两种稀土转化膜，铈转化膜在形貌结构、耐蚀性能方面都稍优于混合稀土转化膜，但都可以为镁合金提供暂时的表面腐蚀防护；而混合稀土在价格上较铈便宜，使用混合稀土制备转化膜可以节约成本，所以两种膜都具有良好的推广应用前景。
　　 最后，本文采用扫描电子显微镜分别对不同成膜时间形成的两种镁合金稀土转化膜表面形貌进一步分析，提出了镁合金稀土化学转化膜的形成原理，并对两种化学转化膜的结构及形成机理进行了初步的探讨，然后对已有的实验事实给予了合理的解释，课题的研究成果将拓宽稀土表面处理在镁合金中的实际应用。