鎂合金陽極氧化-SNAP復合工藝及涂層耐蝕性的研究.pdf

1、鎂及其合金廣泛應用于航空航天、汽車、電子等領域。但是，鎂是高活性金屬，耐蝕性較差，一般在使用前必須進行表面處理。本文將納米自組裝顆粒(SNAP)溶膠工藝和陽極氧化工藝相結合，在AZ31B鎂合金表面制備了陽極氧化/SNAP復合涂層。該復合涂層不但彌補了多孔陽極氧化膜的不足，而且涂層厚度、致密性、耐蝕性和結合強度等都有大幅提高，非常適合鎂合金的腐蝕防護。
　　開發(fā)了鎂合金無鉻、無氟、無磷的陽極氧化新工藝，采用恒電流法在AZ31B鎂合金

2、表面制備陽極氧化膜。通過系統(tǒng)的工藝研究，確定了鎂合金陽極氧化的最優(yōu)電解液組成及工藝條件：氫氧化鉀60g/L，硅酸鈉70g/L，四硼酸鈉60g/L，碳酸鈉30g/L，苯并三氮唑(BTA)5g/L，電流密度1.5A/dm2，氧化時間10min。
　　采用SEM、EDS、XRD和XPS等測試手段研究了陽極氧化膜的結構、組成及狀態(tài)，探討了苯并三氮唑(BTA)對氧化膜的影響。研究結果表明：氧化膜主要由內(nèi)部的緊密層和外部的疏松層組成，氧化膜的

3、主要組成元素為Mg、O、Si，相組分為Mg2SiO4及MgO；BTA的添加能有效地降低氧化膜的孔隙率，提高氧化膜的致密性。研究了電解液組成、工藝條件、BTA對陽極氧化過程、氧化膜性能、氧化膜結構的影響，發(fā)現(xiàn)鎂合金陽極氧化膜的生長過程主要由鎂合金陽極溶解和表面鈍化、氧化膜初始生長、快速生長和生長平衡等4個階段組成。
　　以3-縮水甘油醚丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)和正硅酸乙酯基硅烷(TEOS)作為前驅體、三乙烯四胺(TETA)作為

4、交聯(lián)劑，通過水解和交聯(lián)反應形成SNAP溶膠。研究了有機硅烷前驅體、水、乙醇、TETA等的含量以及燒結溫度和時間等因素對鎂合金SNAP涂層耐蝕性的影響，確定的鎂合金SNAP防護涂層的最佳制備工藝為：SNAP溶膠組成n(GPTMS):n(TEOS):n(C2H5OH):n(H2O):n(TETA)=3:1:0.25:15:0.5(摩爾比)，提拉速率1mm/s，提拉次數(shù)2次，燒結溫度100℃，燒結時間30min。
　　通過TEM和分子動

5、力學模擬研究了SNAP溶膠的形成過程，發(fā)現(xiàn)由水解反應生成的納米溶膠粒子可以在 SNAP溶膠中穩(wěn)定存在3~4個月，而且前驅體在水解反應中的過渡態(tài)能量較低，有利于水解反應的進行；在交聯(lián)反應中，納米粒子在TETA作用下形成了巨大的網(wǎng)狀Si-O-Si結構，而且GPTMS的環(huán)氧基團先與TETA分子中2號位(從左到右)的N原子發(fā)生反應的幾率較大，之后與1號位的 N原子發(fā)生反應的幾率較大。SNAP溶膠熱分解反應動力學研究表明：TETA的添加可以增大S

6、NAP溶膠的活化能，有利于提高SNAP涂層的熱穩(wěn)定性。鎂合金 SNAP涂層形成機理研究表明，SNAP涂層中Si-O-Si網(wǎng)絡結構交聯(lián)程度愈大、無機物含量愈高，SNAP涂層/鎂基體界面上的Mg-O-Si鍵分布密度愈廣，SNAP涂層的熱穩(wěn)定性、致密性、耐蝕性就愈好。
　　在鎂合金陽極氧化工藝和SNAP涂覆工藝的基礎上，制備了鎂合金陽極氧化/SNAP復合涂層。復合涂層主要由外部的SL層(由SNAP涂層和陽極氧化膜的疏松層構成)和內(nèi)部的緊