鎂鋰合金表面等離子體電解氧化復(fù)合涂層的制備與性能研究.pdf

1、鎂鋰合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,具有優(yōu)異的力學(xué)性能,對(duì)提高國(guó)家航空航天科技水平、國(guó)防能力以及汽車電子等基礎(chǔ)工業(yè)的水平具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。限制鎂鋰合金廣泛應(yīng)用的瓶頸在于其較差的耐蝕能力,主要是由合金內(nèi)部的第二相或雜質(zhì)導(dǎo)致的電偶腐蝕以及鎂鋰合金表面疏松多孔的氧化物和氫氧化物膜層的穩(wěn)定性差而引起的點(diǎn)蝕造成的。因此,通過(guò)改進(jìn)制備技術(shù)提高合金的自身性能以及合金表面處理是解決這一問(wèn)題的主要途徑。
　　本論文通過(guò)等離子體電解氧化技術(shù)調(diào)節(jié)不同的

2、電流密度,來(lái)改變致密層和疏松層的化學(xué)和相組成以及膜層的缺陷,制備出了耐蝕性能良好的膜層。利用等離子體電解氧化技術(shù)在鎂鋰合金表面制備出等離子體電解氧化膜,再分別結(jié)合化學(xué)轉(zhuǎn)化方法、自組裝技術(shù)成功制備出不同種類且性能優(yōu)異的復(fù)合涂層。利用SEM、EDS、XRD、XPS、ATR-FTIR、動(dòng)電位極化和電化學(xué)阻抗等測(cè)試手段對(duì)復(fù)合涂層的形貌特征、組成、耐蝕性能及形成機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的研究。
　　首先研究了鎂鋰合金在不同電流密度條件下制備的等離子體

3、電解氧化膜的耐蝕性能和力學(xué)性能。結(jié)果表明,不同電流密度條件下制得的膜層均含有MgO、?-Mg2SiO4和?-Mg2SiO4相,其組成沿著膜層厚度而變化。當(dāng)電流密度在5A/dm2條件下,等離子體電解氧化膜表面形貌均一,具有較高的MgO/Mg2SiO4比,截面具有致密的雙層結(jié)構(gòu),較少的缺陷,表現(xiàn)出了優(yōu)異的耐蝕性能。
　　利用等離子體電解氧化技術(shù)和化學(xué)轉(zhuǎn)化方法,在鎂鋰合金表面成功制備了等離子體電解氧化/化學(xué)轉(zhuǎn)化復(fù)合涂層。對(duì)比研究了等離子

4、體電解氧化/硝酸鈰硝酸鑭化學(xué)轉(zhuǎn)化復(fù)合涂層及等離子體電解氧化/錫酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化復(fù)合涂層的微觀形貌、組成及耐腐蝕性能。結(jié)果表明,等離子體電解氧化膜經(jīng)硝酸鈰硝酸鑭化學(xué)轉(zhuǎn)化處理后表面微孔及微裂紋被稀土氧化物填充。等離子體電解氧化膜經(jīng)錫酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理后,表面大部分的微孔及微裂紋被錫酸鹽微粒填充。由截面形貌可知硝酸鈰硝酸鑭化學(xué)轉(zhuǎn)化膜主要存在于等離子體電解氧化膜的表面,而錫酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜不僅堆積在膜層表面而且滲入到等離子體電解氧化膜致密層和疏松層的孔

5、道中。電化學(xué)腐蝕測(cè)試結(jié)果表明,經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化處理后,復(fù)合涂層的耐蝕性能均有大幅提升,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期浸泡測(cè)試后,等離子體電解氧化/錫酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化復(fù)合涂層表現(xiàn)出了優(yōu)異的耐蝕性能。
　　基于固體表面超疏水的優(yōu)良特性,首次成功實(shí)現(xiàn)了將等離子體電解氧化技術(shù)和自組裝技術(shù)相結(jié)合的鎂鋰合金表面改性方法,在鎂鋰合金表面原位生成了等離子體電解氧化/自組裝超疏復(fù)合涂層。研究了兩親有機(jī)膦酸分子自組裝對(duì)復(fù)合涂層的表面形貌、浸潤(rùn)性及耐腐蝕性能的影響。結(jié)果表明,利用自組

6、裝技術(shù)在等離子體電解氧化膜層的表面自組裝上兩親有機(jī)膦酸分子后,氧化膜表面固有的結(jié)構(gòu)缺陷(微孔和微裂紋)基本消失,形成了致密有序的有機(jī)膦酸分子層;電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明復(fù)合涂層在腐蝕液中的固液界面處具有阻擋效應(yīng),在保留等離子體電解氧化膜優(yōu)良性能的前提下極大地提高了鎂鋰合金表面的耐腐蝕能力;浸潤(rùn)性研究表明等離子體電解氧化/自組裝復(fù)合涂層具有超疏水能力,在空氣中放置四個(gè)月后,復(fù)合涂層仍具有超疏水的特性,并且接觸角基本保持穩(wěn)定,具備良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性