AZ91D鎂合金表面硅氧化物、高聚物膜層的制備工藝及耐蝕性能研究.pdf

1、鎂合金因具有密度低，比強度、比剛度、比彈性模量高且易于回收以及很好的鑄造、切削加工性能等特點，被譽為“21世紀(jì)綠色工程材料”。然而，鎂合金的化學(xué)穩(wěn)定性差，在使用環(huán)境中容易發(fā)生氧化，在濕熱條件下會發(fā)生嚴重的電化學(xué)腐蝕，其應(yīng)用范圍受到極大限制。鎂合金的的耐蝕性已成為國內(nèi)外關(guān)注的焦點，因為它直接關(guān)系到鎂合金的發(fā)展及應(yīng)用。因此研究鎂合金的表面防護具有十分重要理論價值和實際意義。 論文在綜述了鎂合金腐蝕機理及近年來鎂合金表面防護技術(shù)的基礎(chǔ)

2、上，采用動電位極化、電化學(xué)阻抗譜等電化學(xué)測試方法；并輔以傅立葉紅外、掃描電鏡等材料表征技術(shù)，研究了AZ91D鎂合金表面的幾種防護技術(shù)及相關(guān)機理探討。論文的主要研究內(nèi)容如下： 1、研究氧化硅膜層對AZ91D鎂合金的耐蝕保護作用。利用有機醇鹽水解法開發(fā)了可以直接涂覆在鎂合金表面的SiO2溶膠，采用浸漬提拉法在AZ91D鎂合金表面制備了氧化硅膜層。以正硅酸乙酯和乙烯基三乙氧基硅烷為前驅(qū)體，乙醇為溶劑，采用醋酸作水解反應(yīng)催化劑、氨水作縮

3、聚反應(yīng)催化劑的兩步法制備了均勻、透明的SiO2(TV)溶膠。同時以正硅酸乙酯為前驅(qū)體制備SiO2(T)溶膠作為對比。采用傅立葉紅外、掃描電鏡表征膜層的結(jié)構(gòu)和表面形貌。通過動電位極化、電化學(xué)阻抗等電化學(xué)測試方法研究氧化硅膜層在3.5wt．％NaCl溶液中的腐蝕電化學(xué)行為。結(jié)果表明，SiO2(TV)溶膠得到的氧化硅膜層耐蝕性能大大優(yōu)于SiO2(T)溶膠得到的氧化硅膜層。 2、研究高聚物涂層對AZ91D鎂合金的耐蝕保護作用。硅烷上所帶

4、官能團的化學(xué)結(jié)構(gòu)對溶膠制備過程中的水解縮聚反應(yīng)會產(chǎn)生很大影響，從而會進一步影響到溶膠的均勻性和相應(yīng)膜層對AZ91D鎂合金的耐蝕性能。論文通過正硅酸乙酯(TEOS)、乙烯基三乙氧基硅烷(VTEO)、γ—氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)和γ—(2，3環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)四種硅烷前驅(qū)物之間的相互組合，制備了幾種不同組分的硅溶膠。采用旋轉(zhuǎn)涂膜法在AZ91D鎂合金表面制備了相應(yīng)的高聚物涂層。利用傅立葉紅外、掃描電鏡、接觸角測試以

5、及JB-5C技術(shù)對不同組分的高聚物涂層的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進行表征與檢測。研究表明硅烷中吸電子性質(zhì)的官能團使硅溶膠中Si—O—Si反對稱伸縮振動發(fā)生紅移，而給電子性質(zhì)的官能團使硅溶膠中的Si—O—Si反對稱伸縮振動發(fā)生藍移；涂層的平均厚度為2μm。通過動電位極化、電化學(xué)阻抗等電化學(xué)測試方法對這些高聚物涂層的耐蝕性能進行了研究。結(jié)果表明硅烷前驅(qū)體中較小的空間位阻可使硅烷的水解縮聚反應(yīng)進行得較為完全，相應(yīng)涂層的耐蝕性能較好。 3、論文在充分

6、考慮環(huán)境友好、工藝成本低廉和操作工藝簡單的前提下，在AZ91D鎂合金表面制備了鉬酸鹽轉(zhuǎn)化膜。討論了轉(zhuǎn)化液組成、成膜溫度、成膜時間等實驗參數(shù)對轉(zhuǎn)化膜層形貌和性能的影響。通過掃描電鏡、動電位極化、電化學(xué)阻抗等測試手段確定了鉬酸鹽轉(zhuǎn)化體系的實驗參數(shù)。結(jié)果表明在pH值等于5、(NH4)6Mo7O24·6H2O濃度為7.3 g/L的鉬酸鹽轉(zhuǎn)化液中反應(yīng)30 min，可得到耐蝕性能較好的鉬酸鹽轉(zhuǎn)化膜層。在優(yōu)化的鉬轉(zhuǎn)化膜層基礎(chǔ)上，結(jié)合溶膠凝膠技術(shù)，得到

7、了耐蝕性能更優(yōu)的鉬/硅復(fù)合膜層。 4、鎂合金在氫氟酸溶液中可以得到一層薄的鈍化膜層，但該鈍化膜層表面不致密，有孔洞等缺陷，因此限制了鎂合金耐蝕能力的進一步提高。為此，論文研究了鈍化膜層與溶膠復(fù)合技術(shù)對鎂合金的保護作用。采用動電位極化和電化學(xué)阻抗技術(shù)研究了鈍化膜與硅溶膠以及鈍化膜與鑭溶膠對AZ91D鎂合金的保護作用。結(jié)果表明，由于鑭溶膠的不均勻性，F(xiàn)/La復(fù)合膜層對AZ91D鎂合金的耐蝕保護能力有限，而F/Si復(fù)合膜層對AZ91D