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镁合金化学转化膜的制备与性能研究

作　者: 周游
导　师: 姚颖悟
学　校: 河北工业大学
专　业: 应用化学
关键词: 镁合金 钼酸盐 纳米颗粒 耐蚀性 开路电位 极化曲线 电化学阻抗谱 成膜过程
分类号: TG178
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


镁合金是最轻的金属结构材料之一，被广泛地应用于航空航天、汽车制造和电子工业等领域。但镁合金具有高的化学活性，极易被腐蚀，只有为镁合金提供有效的防护，才能使镁合金应用领域更为广阔。在镁合金防护的众多方法中，化学转化膜方法操作简单，效果良好，是最常用的防腐蚀方法之一。目前镁合金化学转化膜方法主要有铬酸盐转化膜，磷酸盐转化膜，锡酸盐转化膜，钼酸盐转化膜，稀土转化膜，植酸转化膜等。钼酸盐由于其强氧化性，可以在材料表面形成稳定的钝化膜抑制腐蚀离子的渗透，保护基材。目前，钼酸盐已应用于锌，铝合金和钢的基材上，但应用于镁合金的报道还比较少。所以镁合金的钼酸盐转化膜的应用存在巨大的潜力。在AZ31型镁合金上制备钼酸盐转化膜，考察工艺条件对膜层的耐蚀性的影响。根据单因素试验，采用电化学方法和腐蚀失重法，确定了镁合金钼酸盐溶液最佳工艺条件为：Na2MoO425g/L，NaF4g/L，pH3.0，反应温度65℃，反应时间12min。SEM结果表明膜层覆盖基体良好，有规则龟裂的裂纹。XRD结果表明，膜层主要由MoO2，MoO3和MoO(OH)2构成。电化学测试表明，在3.5%NaCl溶液中，最优条件下的钼酸盐转化膜试样的腐蚀电位比镁合金基体的腐蚀电位正移520.4mV，开路电位正移0.31V，容抗也提高10倍左右。通过测量钼酸盐膜层转化过程的增重和开路电位-时间曲线结合对应钼酸盐转化膜层的表面形貌，推断膜层形成共经过4个阶段：基体溶解阶段，膜层沉积阶段，快速生长阶段，膜层沉积和基体溶解平衡阶段。建立了简易的膜层示意图，对成膜机理做了推断。在钼酸盐转化膜的基础之上，在溶液中加入纳米二氧化硅颗粒，使膜层的耐蚀性进一步提高。根据单因素试验，采用电化学方法和腐蚀失重法，确定了镁合金纳米二氧化硅复合膜层最佳工艺条件为：纳米SiO22.5g/L，搅拌速度600r/min，搅拌速度48h。SEM结果表明，经纳米二氧化硅复合后的膜层裂纹明显减少。用EDS对膜层成分进行析，膜层中有明显的Si元素，证明纳米颗粒已经成功复合在镁合金的表面膜层中。电化学测试表明，在3.5%NaCl溶液中，最优条件下的的复合膜层的极化曲线比钼酸盐转化膜腐蚀电位正移246.2mV，开路电位正移0.21V，容抗也大大提高，耐蚀性得到进一步提高。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-24
  1.1 镁及镁合金  10-12
    1.1.1 镁及镁合金的性质  10
    1.1.2 镁合金的分类  10-11
    1.1.3 镁及镁合金的应用  11-12
  1.2 镁及镁合金的腐蚀  12-15
    1.2.1 镁及镁合金的腐蚀类型  12-13
    1.2.2 镁及镁合金的腐蚀的影响因素  13-14
    1.2.3 镁及镁合金的腐蚀机理  14-15
  1.3 镁合金的防护方法  15-18
    1.3.1 化学转化膜  15-16
    1.3.2 阳极氧化  16
    1.3.3 金属镀层  16-17
    1.3.4 有机涂层  17
    1.3.5 气相沉积  17
    1.3.6 激光表面改性  17-18
  1.4 镁合金化学转化膜的研究进展  18-21
    1.4.1 铬酸盐转化膜  18
    1.4.2 磷酸盐转化膜  18-19
    1.4.3 锡酸盐转化膜  19
    1.4.4 钼酸盐转化膜  19-20
    1.4.5 稀土转化膜  20
    1.4.6 镁合金化学转化膜的发展趋势  20-21
  1.5 本课题研究的主要目的及意义  21-24
    1.5.1 研究目的及意义  21
    1.5.2 研究主要内容  21-24
第二章 实验部分  24-30
  2.1 实验试剂材料与实验仪器  24-25
    2.1.1 实验试剂材料  24
    2.1.2 实验仪器  24-25
  2.2 镁合金化学转化膜的制备  25-30
    2.2.1 工艺流程  25
    2.2.2 实验材料  25
    2.2.3 溶液组成及工艺参数  25-26
    2.2.4 基体前处理  26
    2.2.5 钼酸盐转化膜的制备  26
    2.2.6 纳米二氧化硅复合膜层的制备  26
    2.2.7 钼酸盐膜层表面形貌及成分测试  26-27
    2.2.8 钼酸盐膜层腐蚀行为测试  27-30
第三章 镁合金钼酸盐转化膜的制备与性能研究  30-60
  3.1 镁合金钼酸盐转化膜的制备  30-47
    3.1.1 溶液中钼酸钠的含量对膜层耐蚀性的影响  30-34
    3.1.2 溶液中氟化钠的含量对膜层耐蚀性的影响  34-37
    3.1.3 溶液的 pH 对膜层耐蚀性的影响  37-40
    3.1.4 反应温度对膜层耐蚀性的影响  40-43
    3.1.5 反应时间对膜层耐蚀性的影响  43-47
  3.2 镁合金钼酸盐转化膜的表面形貌及成分  47-48
    3.2.1 钼酸盐转化膜的表面形貌  47-48
    3.2.2 钼酸盐转化膜的成分  48
  3.3 镁合金表面钼酸盐转化膜耐蚀性的研究  48-52
    3.3.1 开路电位  48-49
    3.3.2 极化曲线  49-50
    3.3.3 电化学阻抗谱  50-52
  3.4 钼酸盐转化膜成膜过程和成膜机理的研究  52-59
    3.4.1 AZ31 镁合金的组成  52-53
    3.4.2 钼酸盐转化膜的增重  53-54
    3.4.3 钼酸转化膜成膜过程的推断  54-58
    3.4.4 成膜机理的推断  58-59
  3.5 结论  59-60
第四章 镁合金纳米 SiO_2复合转化膜的制备与性能研究  60-79
  4.1 镁合金纳米 SiO_2复合转化膜的制备  61-71
    4.1.1 纳米 SiO_2的添加量对膜层耐蚀性的影响  61-64
    4.1.2 分散时间对膜层耐蚀性的影响  64-68
    4.1.3 搅拌速度对膜层耐蚀性的影响  68-71
  4.2 镁合金纳米 SiO_2颗粒复合转化膜的表面形貌及成分  71-75
    4.2.1 纳米 SiO_2颗粒复合转化膜的表面形貌  71-73
    4.2.2 纳米 SiO_2颗粒复合转化膜的成分组成  73-75
  4.3 镁合金纳米 SiO_2颗粒复合转化膜耐蚀性的研究  75-78
    4.3.1 开路电位时间曲线  75
    4.3.2 极化曲线  75-76
    4.3.3 电化学阻抗谱  76-78
  4.4 结论  78-79
第五章 结论  79-81
参考文献  81-88
在学期间发表文章  88-89
致谢  89

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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 > 各种金属及合金的腐蚀、防腐与表面处理
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