鎂鋰合金表面腐蝕防護(hù)研究.pdf

1、鎂鋰合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,除了具有一般鎂合金的高比剛度、高沖擊韌性、良好切削加工性等優(yōu)點(diǎn)外,鎂鋰合金還具有密度小、塑性好、易加工以及優(yōu)良的電磁屏蔽等性能。在能源日益緊張的今天,鎂鋰合金將成為通訊電子、汽車、航空航天等領(lǐng)域的優(yōu)選材料。但是鎂鋰合金的耐蝕性能極差,嚴(yán)重限制了該合金的實(shí)際應(yīng)用,因此,提高鎂鋰合金耐蝕性能就成為該合金實(shí)用化進(jìn)程中迫切需要解決的問(wèn)題。本論文研究目的在于發(fā)展適用于新型鎂鋰合金的表面防護(hù)技術(shù),在對(duì)鎂鋰合金腐蝕機(jī)

2、理的研究基礎(chǔ)上,采用化學(xué)轉(zhuǎn)化膜和化學(xué)鍍鎳技術(shù),以Mg-10Li-1Zn合金為基體,在其表面制備了不同類型的防護(hù)膜層,研究了各種膜層的制備工藝、沉積過(guò)程、形貌結(jié)構(gòu)、耐蝕性能和防護(hù)機(jī)理。
　　 本論文首先研究了鎂鋰合金的腐蝕行為。由熱力學(xué)數(shù)據(jù)分析得知,在室溫條件下,鎂鋰合金表面易形成相應(yīng)的氧化物或氫氧化物,但是這些化合物均疏松、不致密,不能保護(hù)合金免遭進(jìn)一步的腐蝕。腐蝕測(cè)試結(jié)果顯示,Mg-10Li-1Zn合金在3.5wt.％NaCl

3、溶液中遭受了嚴(yán)重的腐蝕,展現(xiàn)了較差的抗Cl-侵蝕能力。
　　 采用無(wú)鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù),在Mg-10Li-1Zn合金表面得到了新型磷酸鹽-高錳酸鹽轉(zhuǎn)化膜。通過(guò)粗選試驗(yàn)確定轉(zhuǎn)化液組成,利用正交試驗(yàn)得出化學(xué)轉(zhuǎn)化處理的配方及工藝條件為:KH2P0450g/L,KMn0440g/L,55℃,20min。此轉(zhuǎn)化膜是由基膜、附著于其上的白色塊狀物及不規(guī)則的微裂紋組成,主要含有O、P、Mn和Mg四種元素。電化學(xué)測(cè)試及浸泡試驗(yàn)結(jié)果表明,該磷酸鹽-

4、高錳酸鹽轉(zhuǎn)化膜可以為鎂鋰合金提供一定保護(hù)作用。
　　 在Mg-10Li-1Zn合金表面制備了錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜。成膜的配方及工藝條件為:Na2SnO3·4H2O200g/L,KH2PO4100g/L,70℃,120min。該轉(zhuǎn)化膜是由一層均勻的基膜和附著于其上尺寸不一的塊狀物及微孔組成,主要是由O、P、Sn和Mg四種元素構(gòu)成。XRD分析表明,此膜層主要由MgSnO3、Mg3(PO4)2和SnO組成。腐蝕測(cè)試結(jié)果表明,該錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜能夠

5、有效保護(hù)鎂鋰合金,且其抗腐蝕性能好于磷酸鹽-高錳酸鹽轉(zhuǎn)化膜。
　　 為了提高了鎂鋰合金在苛刻環(huán)境中的抗腐蝕能力,本論文采用化學(xué)鍍技術(shù),在Mg-10Li-1Zn合金表面制備了Ni-P鍍層。首先研究了化學(xué)鍍鎳的前處理時(shí)間對(duì)基體和鍍層形貌的影響,優(yōu)選出了適宜的前處理配方及工藝條件為,酸洗:H3PO460mL/L,HNO310mL/L,20s,室溫,快速攪拌;活化:HF380mL/L,NaF1g/L,10min,室溫。其次研究了鍍層沉積

6、過(guò)程,結(jié)果表明Mg-10Li-1Zn合金表面化學(xué)鍍Ni-P過(guò)程由孕育期和快速沉積期兩個(gè)階段組成。所制備的Ni-P涂層為非晶態(tài)結(jié)構(gòu),展現(xiàn)出典型的胞狀結(jié)構(gòu)特征。熱震及劃格試驗(yàn)證實(shí)Ni-P涂層與基體的結(jié)合力良好。顯微硬度測(cè)試結(jié)果展示出經(jīng)過(guò)化學(xué)鍍Ni-P處理后大大提高了鎂鋰合金的硬度。腐蝕試驗(yàn)表明,在不同腐蝕環(huán)境中,化學(xué)鍍Ni-P涂層均能夠顯著提高鎂鋰合金的抗腐蝕能力。
　　 在化學(xué)鍍鎳基礎(chǔ)上,通過(guò)在鍍液中添加第二相粒子α-Al2O3,

7、首次在Mg-10Li-1Zn合金表面得到Ni-P-Al2O3復(fù)合鍍層,進(jìn)一步提高了化學(xué)鍍鎳層的硬度及耐磨性。結(jié)果表明,隨著Al2O3裝載量的增加,鍍層復(fù)合量和顯微硬度均出現(xiàn)先增加而后緩慢降低的變化規(guī)律,且分別在裝載量為5g/L時(shí),達(dá)到最大值。Al2O3粉裝載量對(duì)所制備復(fù)合鍍層的耐蝕性能無(wú)明顯影響。Ni-P-Al2O3復(fù)合鍍層呈現(xiàn)典型的非晶結(jié)構(gòu),鍍層結(jié)構(gòu)致密、Al2O3粉分布均勻,與基體結(jié)合力良好。性能測(cè)試結(jié)果顯示,此Ni-P-Al2O3

8、復(fù)合鍍層的顯微硬度和耐磨性能均優(yōu)于單獨(dú)化學(xué)鍍Ni-P涂層,且復(fù)合鍍層有更優(yōu)異的耐蝕性能。
　　 將化學(xué)轉(zhuǎn)化膜與化學(xué)鍍鎳技術(shù)結(jié)合,在Mg-10Li-1-Zn合金表面制備了錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜與Ni-P化學(xué)鍍層相結(jié)合的雙層涂層,進(jìn)一步提高了鎂鋰合金的抗蝕性。此雙層涂層均勻、致密、無(wú)明顯缺陷,且與基體的結(jié)合力良好。腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明,錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜上沉積Ni-P涂層展現(xiàn)了良好的抗腐蝕能力;與單獨(dú)鍍Ni-P涂層相比,該雙層涂層能夠更有效地阻止Cl-