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AZ31镁合金表面超疏水膜层制备及耐蚀性能研究

作 者: 孙佳
导 师: 吴晓宏
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 物理化学
关键词: AZ31镁合金 超疏水膜层 阳极氧化法 化学复合镀法 纳米TiO2
分类号: TG174.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要


在过去几十年,镁合金广泛应用于不同领域。镁合金在汽车和航空行业有重要应用,可以在减轻整体重量的同时起到节省燃料、增加载重的作用。但是,镁合金的低抗腐蚀性严重的制约其应用。通过比较国内外研究现状,本文通过阳极氧化法和化学复合镀法分别对AZ31镁合金进行超疏水膜层的制备,从而提高镁合金基体的抗腐蚀性能。阳极氧化法是以NaBr为电解液,在AZ31镁合金基体表面氧化出粗糙结构,经过低表面能有机物质化学修饰后,成功在AZ31镁合金基体上制备超疏水膜层,提高了镁合金的抗腐蚀性能。化学复合镀法是在化学镀Ni+P合金表面上沉积纳米TiO2,经过化学修饰制备出超疏水膜层,提高了AZ31镁合金的抗腐蚀性能。通过X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外光谱仪、能谱(EDS)、原子力显微镜(AFM)、电化学工作站(CHI)和光学接触角测试仪等测试手段,对样品表面的结构、形貌、成分、抗腐蚀性和接触角大小等性能进行测试与分析。研究表明:采用NaBr为电解液时,最佳浓度为0.2mol/L,电流密度为250mA/cm2,两极之间距离为20mm,时间固定在t=12min,FAS的无水乙醇溶液的质量分数为1wt%,加热时间为15min,加热温度为120℃,制备出的超疏水膜层最大接触角为155.5°,滚动角小于10°。在采用化学复合镀方法制备镁合金表面超疏水膜层时,最佳体系为:硫酸镍浓度为18g/L,次亚磷酸钠24g/L,掺入纳米TiO2最佳浓度为4g/L。通过该方法制备出的超疏水膜层最佳接触角为160.8°,其中滚动角小于5°。为了进一步增加镁合金表面的超疏水性能和耐蚀性能,本实验通过研究掺杂纳米TiO2对膜层接触角和耐蚀性能的影响,结果表明:加入纳米TiO2浓度对膜层性能有很大影响。加入TiO2可以改变化学镀Ni+P合金的微观结构,使经过低表面能物质修饰后的复合镀层具备超疏水的性能。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第1章 绪论  10-29
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  10-11
  1.2 镁合金腐蚀原因分析及防护  11-15
    1.2.1 镁合金腐蚀原因及分析  11-12
    1.2.2 镁合金腐蚀分类  12-14
    1.2.3 镁合金的防护  14-15
  1.3 镁合金表面处理技术  15-19
    1.3.1 微弧氧化  15-16
    1.3.2 阳极氧化  16-17
    1.3.3 热喷涂  17-18
    1.3.4 电镀  18-19
    1.3.5 化学镀镍  19
  1.4 超疏水膜层简介  19-28
    1.4.1 超疏水膜层理论模型  20-24
    1.4.2 超疏水膜层国内外现状  24-28
  1.5 本课题主要研究内容  28-29
第2章 实验材料及研究方法  29-33
  2.1 实验材料  29
  2.2 主要实验试剂及仪器设备  29-30
  2.3 镁合金前处理工艺  30-31
    2.3.1 机械打磨  30-31
    2.3.2 碱洗  31
  2.4 研究方法  31-33
    2.4.1 膜层表面形貌分析  31
    2.4.2 膜层表面元素分析  31
    2.4.3 膜层表面相组成分析  31-32
    2.4.4 腐蚀性能分析  32
    2.4.5 结合力分析  32-33
第3章 阳极氧化法制备 AZ31 镁合金超疏水膜层  33-51
  3.1 引言  33
  3.2 阳极氧化电解液的筛选及工艺参数的优化  33-38
    3.2.1 超疏水膜层制备与表征工艺流程图  33-34
    3.2.2 阳极氧化电解液筛选与浓度研究  34-36
    3.2.3 阳极氧化其它工艺参数的优化  36-38
  3.3 阳极氧化工艺参数对膜层结构与性能的影响  38-49
    3.3.1 电流密度对膜层结构与性能的影响  38-42
    3.3.2 阳极氧化时间对膜层结构与性能的影响  42-46
    3.3.3 FAS 对膜层结构与性能的影响  46-49
  3.4 本章小结  49-51
第4章 化学复合镀法制备 AZ31 镁合金超疏水膜层  51-69
  4.1 引言  51
  4.2 化学镀镍工艺研究  51-54
    4.2.1 制备超疏水膜层工艺流程图  51-52
    4.2.2 化学镀镍磷合金工艺参数筛选  52-54
  4.3 化学复合镀配方筛选与优化  54-60
    4.3.1 SiO2对化学镀镍溶液的影响  55-56
    4.3.2 CNTs 对化学镀镍溶液的影响  56
    4.3.3 TiO_2对化学镀镍溶液的影响  56-57
    4.3.4 化学复合镀配方研究  57-60
  4.4 AZ31 镁合金超疏水膜层制备  60
  4.5 化学复合镀对膜层结构与性能的影响  60-65
    4.5.1 化学复合镀对膜层相结构的影响  60-61
    4.5.2 化学复合镀对膜层微观形貌的影响  61-63
    4.5.3 化学复合镀对膜层断面形貌的影响  63
    4.5.4 化学复合镀对膜层接触角的影响  63-64
    4.5.5 化学复合镀对膜层耐蚀性能的影响  64-65
  4.6 FAS 对膜层结构与性能的影响  65-68
    4.6.1 FAS 对膜层表面元素的影响  65
    4.6.2 FAS 对膜层表面化学键的影响  65-66
    4.6.3 FAS 对膜层接触角的影响  66-67
    4.6.4 FAS 对膜层耐蚀性能的影响  67-68
  4.7 本章小结  68-69
结论  69-70
参考文献  70-75
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  75-77
致谢  77

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 腐蚀的控制与防护 > 金属表面防护技术
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