鎂合金表面鋇基磷化處理技術(shù)研究.pdf

1、鎂合金以其密度小、比強(qiáng)度、比剛度高，具有良好的導(dǎo)熱性、磁屏蔽性等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”。但是，由于鎂耐蝕性極差，制約了鎂合金的使用?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜處理因其操作簡單、成本低廉，是鎂合金防腐蝕的有效方法。其中傳統(tǒng)的鉻酸鹽處理液中含有Cr6+離子，污染環(huán)境，已被限制使用。 本文研究的磷化成膜技術(shù)是鎂合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化處理的另一個(gè)重要發(fā)展方向，膜層防護(hù)性能好，無污染。論文主要工作和結(jié)論如下： 1、預(yù)處理工藝 經(jīng)過

2、大量篩選試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，確定了最佳預(yù)處理工藝：用NaOH脫脂，HF、C2H602酸洗以及NaOH堿洗。系統(tǒng)研究了此預(yù)處理工藝對(duì)A291D鎂合金基體的影響，結(jié)果表明此預(yù)處理不會(huì)對(duì)基體產(chǎn)生過強(qiáng)的腐蝕和過多的金屬損失，能夠使基體獲得一個(gè)適合于磷酸鹽轉(zhuǎn)化處理的清潔表面，從而為后繼生成的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜層有良好的附著力和防護(hù)性能作好準(zhǔn)備。 2、常規(guī)磷化成膜性能 系統(tǒng)研究了常規(guī)磷化膜層的性能。A291D鎂合金常規(guī)磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜呈灰白色，膜

3、層表面均勻平整，高倍下存在一些顯微裂紋。膜層主要含有P、O、Al、Ba、F、Mg、Na等元素，由一些無定形相組成，非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。常規(guī)磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜可以顯著提高A291D鎂合金基體的防護(hù)性能，并和基體形成極好的結(jié)合力。 3、封閉對(duì)常規(guī)磷化膜的影響 系統(tǒng)研究了封閉對(duì)常規(guī)磷酸鹽膜層的影響。結(jié)果表明經(jīng)過封閉的磷化膜層裂紋明顯減少、變窄，表面形貌呈樹葉狀，沿一定方向堆積。非晶態(tài)膜層表面經(jīng)過封閉后會(huì)生成一層新的晶態(tài)膜層，該膜層由SiO2

4、、BaSi4O9、Na2SiO3、MgF2、Na2CO3等組成。因此，封閉后的膜層表面更加平整，均勻，致密，全浸泡腐蝕試驗(yàn)和電化學(xué)測試結(jié)果表明封閉可以顯著提高鎂合金磷化膜的抗腐蝕性能。 4、預(yù)加鎂合金浸泡后磷化成膜 創(chuàng)造性提出了預(yù)加鎂合金浸泡后磷化成膜工藝。預(yù)加鎂合金浸泡可以有效減少鎂合金基體的腐蝕，使得鎂合金表面的活性中心增加，磷酸鹽晶核的形成數(shù)量也相應(yīng)增加，同時(shí)又減少了腐蝕電池微陽極面積，所以成膜速度加快，整個(gè)磷化反

5、應(yīng)時(shí)間縮短，膜層更加致密、平整、均勻，裂紋明顯減少。腐蝕試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了預(yù)加鎂合金浸泡后磷化膜層的抗腐蝕性能明顯比常規(guī)磷化膜層要好。該工藝操作簡單方便，卻能顯著提高磷化膜層的表面質(zhì)量和抗腐蝕性能，完善了鎂合金磷酸鹽轉(zhuǎn)化處理工藝。 5、磁場作用下磷化成膜 首次將磁場運(yùn)用于A291D鎂合金磷酸鹽成膜過程中。由于成膜離子在洛倫茲力的作用下，既減小了擴(kuò)散層的厚度，使得界面液相區(qū)的單位面積離子流量增加，又使得離子作定向加速移動(dòng)

6、，使得晶核的生長速度增加，成膜反應(yīng)加速。結(jié)果表明磁場作用下的磷化轉(zhuǎn)化膜層表面比常規(guī)磷化膜層表面更加平整、致密，裂紋明顯減少，膜層的耐腐蝕性明顯提高，而且生成致密層的時(shí)間縮短，提高了工作效率。 6、磷化成膜機(jī)理 系統(tǒng)研究了A291D鎂合金磷化成膜過程，分析了A291D鎂合金磷酸鹽的成膜機(jī)理，完善了鎂合金磷酸鹽成膜機(jī)理體系。為了找出成膜的最佳時(shí)間點(diǎn)和成膜規(guī)律，把成膜過程劃分為三個(gè)階段：首先是成膜初期(<10s)，在這階段的成

7、膜主要以基體金屬的腐蝕溶解為主；在10s～10min時(shí)間內(nèi)，主要是磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜成核沉積的過程，膜層的生成速度大于膜層腐蝕溶解速度，并逐漸減慢至膜層生成和溶解的動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)，致密平整的膜層形成。最后在10min～20min時(shí)間內(nèi)，成膜速度和膜層溶解速度延續(xù)近似動(dòng)態(tài)平衡，但由于膜層內(nèi)部的腐蝕溶解和氫氣的析出使得膜層表面變得疏松，裂紋增多、增大。 7、AZ91D壓鑄鎂合金的磷化工藝運(yùn)用于AZ31鎂合金型材 研究發(fā)現(xiàn)AZ91D壓鑄

8、鎂合金的磷化工藝可以運(yùn)用于AZ31鎂合金型材，并探索出了新的AZ31鎂合金型材的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜最佳工藝。成膜后AZ31鎂合金的耐蝕性明顯提高。提出了AZ31鎂合金磷酸鹽轉(zhuǎn)化處理技術(shù)的成膜機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)膜層的生長特征受基材的微觀組織特點(diǎn)、化學(xué)狀態(tài)和型材的成型方向影響。 8、AZ91D鎂合金磷化轉(zhuǎn)化處理技術(shù)的應(yīng)用 利用本文研究結(jié)果，進(jìn)行了以中小型零部件為代表的壓鑄AZ91D鎂合金磷酸鹽處理試驗(yàn)性生產(chǎn)，生產(chǎn)結(jié)果表明能滿足轉(zhuǎn)化處理