鎂合金表面PVD鍍膜及其耐蝕性研究.pdf

1、鎂是地球上含量較為豐富的資源之一，分布廣泛。鎂合金作為一種輕質(zhì)工程材料，具有密度小、比強度高、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于汽車、電子產(chǎn)品以及航空航天領(lǐng)域。但是其化學(xué)活性大，標(biāo)準(zhǔn)電極電位很低，耐蝕性差，嚴(yán)重限制其廣泛應(yīng)用。目前對鎂合金的表面處理主要有:化學(xué)轉(zhuǎn)化、陽極氧化、電鍍等。物理氣相沉積技術(shù)(PVD)作為一種綠色改性技術(shù)，正發(fā)展成為薄膜工業(yè)化應(yīng)用的主要方法。
　　本文采用物理氣相沉積中的磁控濺射技術(shù)在AZ91D鎂合金表面制

2、備了多種防護性薄膜，利用場發(fā)射電子顯微鏡(FE-SEM)、X射線光電子能譜和X射線衍射譜(XRD)等分析手段表征薄膜表面斷面形貌、組成成分和物相結(jié)構(gòu);利用劃格實驗法表征薄膜基體間結(jié)合力;利用動電位極化曲線的電化學(xué)分析方法以及析氫試驗和鹽霧試驗研究了鍍膜及未鍍膜鎂合金在氯化鈉溶液中的耐腐蝕性能，并對腐蝕破壞機制進行探討，主要研究結(jié)果如下:
　　(1)隨著氮氣流量百分比的增加，CrNx涂層相結(jié)構(gòu)由金屬Cr轉(zhuǎn)變?yōu)镃r2N，再轉(zhuǎn)變?yōu)镃rN

3、;涂層表面平整均勻，斷面呈現(xiàn)柱狀晶結(jié)構(gòu)。劃格實驗法顯示涂層未出現(xiàn)起皮、大面積脫落等現(xiàn)象，表明涂層基體結(jié)合力良好。隨著氮氣流量百分比的增加，電化學(xué)極化曲線表現(xiàn)為電位升高，降低了鎂合金腐蝕反應(yīng)的熱力學(xué)傾向，且CrN涂層短程耐蝕性表現(xiàn)優(yōu)異，但是隨著與腐蝕介質(zhì)接觸時間的增加，析氫量急劇增加，表面腐蝕嚴(yán)重，涂層保護性失效，反而加劇鎂合金的腐蝕進程。
　　(2)得到一套比較完善的評價PVD鍍膜鎂合金耐蝕性的方法，采用電化學(xué)方法、析氫試驗和鹽霧

4、試驗來綜合表征PVD鍍膜鎂合金耐蝕性:先利用電化學(xué)動電位極化曲線表征涂層的短程耐蝕性，快速獲得腐蝕電位和腐蝕電流密度等信息，然后對電化學(xué)測試表現(xiàn)良好的涂層樣品進行析氫試驗和鹽霧試驗，通過單位面積析氫量以及外觀評級來評價涂層鎂合金長時間內(nèi)的抗腐蝕性能。
　　(3)制備的CrN、ZrN、AlN金屬氮化物涂層均為單相，CrN和ZrN為fcc結(jié)構(gòu)，AlN為hcp結(jié)構(gòu);涂層表面平整均勻，斷面呈現(xiàn)柱狀結(jié)構(gòu)。劃格實驗法顯示涂層未出現(xiàn)起皮、大面積

5、脫落等現(xiàn)象，表明涂層基體結(jié)合力良好。金屬氮化物涂層均能在短時間內(nèi)對AZ91D鎂合金基體起到一定的保護效果，但隨著腐蝕性介質(zhì)侵蝕時間的延長，CrN和ZrN涂層加速鎂合金的腐蝕進程，而AlN涂層能略微提升鎂合金的耐蝕性。
　　(4)對腐蝕破壞機制進行了探討，空白鎂合金在NaCl溶液中表面是以點蝕開始的局部腐蝕，隨著氧化層的溶解消失，出現(xiàn)表面的全面腐蝕以及β相引起的電偶腐蝕，隨著電偶腐蝕的擴展，析氫量增多，腐蝕加劇;而涂覆金屬氮化物涂層

6、的鎂合金在NaCl溶液中的腐蝕過程也分為兩個過程:腐蝕初期和腐蝕后期，腐蝕初期以點蝕為主，隨著時間的增加，蝕坑向深度和廣度擴展;腐蝕后期為基體局部腐蝕引起的快速溶解，氫氣的劇烈析出使得涂層產(chǎn)生微裂紋，逐漸破裂并最終從基體表面剝離。涂層柱狀結(jié)構(gòu)存在的缺陷是發(fā)生局部腐蝕的主要場所，涂層與基體間的電位差是形成腐蝕原電池導(dǎo)致鎂合金快速溶解的主因。
　　(5)制備的氮化硅涂層為非晶態(tài)，N/Si原子比1.4，結(jié)合XPS分析表明涂層為略微富氮的