鎂合金耐蝕性稀土轉(zhuǎn)化膜的制備與室溫快速沉積機(jī)制研究.pdf

1、鎂合金以質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、可再循環(huán)和良好鑄造性能等特點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)綠色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、汽車、電子以及軍事等工業(yè)上有廣闊的應(yīng)用前景。鎂合金的耐蝕性能較差，限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用，因此需要進(jìn)行表面處理。鎂合金常用的化學(xué)轉(zhuǎn)化表面處理使用六價(jià)鉻致癌物，嚴(yán)重污染環(huán)境，并影響產(chǎn)品使用安全與可回收性，而目前無鉻處理技術(shù)的成膜效率與成膜效果有待改進(jìn)，尚不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)鉻酸鹽工藝。 本文對環(huán)境友好型的鎂合金稀土轉(zhuǎn)化快速成膜工藝進(jìn)行了研究，包

2、括鎂合金前處理工藝、稀土轉(zhuǎn)化處理工藝。研究發(fā)現(xiàn)添加氧化劑可以大幅度提高稀土轉(zhuǎn)化膜的成膜速度，成膜時(shí)間從40min降低到4min，而且還對不同氧化劑對稀土溶液成膜效果的影響進(jìn)行了對比研究，發(fā)現(xiàn)確定最佳的成膜主鹽和氧化劑為Ce（SO4）2和H2O2。通過正交實(shí)驗(yàn)分析了稀土轉(zhuǎn)化處理工藝中Ce（SO4）2濃度、H2O2濃度、成膜時(shí)間三個(gè)主要因素對成膜效果的影響規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)：對于轉(zhuǎn)化膜的膜增重而言，各因素影響重要性為H2O2濃度>Ce（SO4）

3、2濃度>成膜時(shí)間，對于轉(zhuǎn)化膜耐點(diǎn)滴腐蝕時(shí)間指標(biāo)而言，各因素影響重要性為Ce（SO4）2濃度>H2O2濃度>成膜時(shí)間。通過正交實(shí)驗(yàn)，確定了最佳的成膜條件為Ce（SO4）2濃度10g/L、濃度為12ml/L、成膜時(shí)間為4分鐘。還進(jìn)行了添加劑對稀土轉(zhuǎn)化膜的成膜性能影響，首次發(fā)現(xiàn)：十二烷基苯磺酸鈉、硝酸鎳的加入可以提高轉(zhuǎn)化膜的性能指標(biāo)，包括膜重、耐點(diǎn)滴時(shí)間、硬度、附著力，其中膜重由2.4.17g/㎡增加至2.857g/㎡、2.946g/㎡，耐點(diǎn)

4、滴腐蝕時(shí)間從42秒提高到65秒、52秒。附著力等級由Gt1提高至Gt0等級，硬度由150HV上升到175HV、169HV。 本研究結(jié)合現(xiàn)代表面分析技術(shù)對鎂合金稀土轉(zhuǎn)化膜進(jìn)行微觀分析，利用掃描電子顯微鏡（SEM）對稀土轉(zhuǎn)化膜的表面形貌進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)處理液加入十二烷基苯磺酸鈉添加劑后，轉(zhuǎn)化膜變致密、平整；利用能量色散譜儀（EDS）對轉(zhuǎn)化膜的成分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)鎂合金稀土轉(zhuǎn)化膜主要由Mg，O，Al，Ce等元素組成；通過電子探針（EPMA

5、）對轉(zhuǎn)化膜中的元素進(jìn)行面掃描，鎳元素在轉(zhuǎn)化膜中呈現(xiàn)均勻的分布狀態(tài)，而鈰元素、鎂元素、鋁元素的分布呈現(xiàn)擇優(yōu)分布的狀態(tài)，在某部分區(qū)域優(yōu)先沉積下來；利用X射線光電子能譜儀（XPS）對轉(zhuǎn)化膜的表面組成元素進(jìn)行分析，可知O元素在稀土轉(zhuǎn)化膜中的存在形式為O2-、-OH、H2O這三種形式，Ce在稀土轉(zhuǎn)化膜中以+3價(jià)和+4價(jià)兩種化合價(jià)形式存在；利用X射線衍射分析（XRD）發(fā)現(xiàn)鎂合金稀土轉(zhuǎn)化膜由晶態(tài)物質(zhì)組成，主要含有主要是Al、Zn、Ce的氧化物。采用背

6、散射電子像（BSE）與能量色散譜儀（EDS）對鎂合金基材進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)鎂合金表面為成分不均的多相分布；利用電位-時(shí)間曲線測量分析了鎂合金稀土轉(zhuǎn)化膜成膜過程中的自腐蝕電位隨時(shí)間的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)自腐蝕電位先升高再降低最后穩(wěn)定在某一值上，首次發(fā)現(xiàn)加入十二烷基苯磺酸鈉可以加快自腐蝕電位到達(dá)穩(wěn)定的時(shí)間；通過極化曲線研究鎂合金稀土轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性能，發(fā)現(xiàn)加入添加劑十二烷基苯磺酸鈉、硝酸鎳后自腐蝕電流降低、自腐蝕電位變正，轉(zhuǎn)化膜的耐腐蝕性能顯著提高，因