AZ91D鎂合金表面硅氧化物、高聚物膜層的制備工藝及耐蝕性能研究.pdf

1、鎂合金因具有密度低，比強度、比剛度、比彈性模量高且易于回收以及很好的鑄造、切削加工性能等特點，被譽為“21世紀綠色工程材料”。然而，鎂合金的化學穩(wěn)定性差，在使用環(huán)境中容易發(fā)生氧化，在濕熱條件下會發(fā)生嚴重的電化學腐蝕，其應用范圍受到極大限制。鎂合金的的耐蝕性已成為國內(nèi)外關注的焦點，因為它直接關系到鎂合金的發(fā)展及應用。因此研究鎂合金的表面防護具有十分重要理論價值和實際意義。 論文在綜述了鎂合金腐蝕機理及近年來鎂合金表面防護技術的基礎

2、上，采用動電位極化、電化學阻抗譜等電化學測試方法；并輔以傅立葉紅外、掃描電鏡等材料表征技術，研究了AZ91D鎂合金表面的幾種防護技術及相關機理探討。論文的主要研究內(nèi)容如下： 1、研究氧化硅膜層對AZ91D鎂合金的耐蝕保護作用。利用有機醇鹽水解法開發(fā)了可以直接涂覆在鎂合金表面的SiO2溶膠，采用浸漬提拉法在AZ91D鎂合金表面制備了氧化硅膜層。以正硅酸乙酯和乙烯基三乙氧基硅烷為前驅(qū)體，乙醇為溶劑，采用醋酸作水解反應催化劑、氨水作縮

3、聚反應催化劑的兩步法制備了均勻、透明的SiO2(TV)溶膠。同時以正硅酸乙酯為前驅(qū)體制備SiO2(T)溶膠作為對比。采用傅立葉紅外、掃描電鏡表征膜層的結構和表面形貌。通過動電位極化、電化學阻抗等電化學測試方法研究氧化硅膜層在3.5wt．％NaCl溶液中的腐蝕電化學行為。結果表明，SiO2(TV)溶膠得到的氧化硅膜層耐蝕性能大大優(yōu)于SiO2(T)溶膠得到的氧化硅膜層。 2、研究高聚物涂層對AZ91D鎂合金的耐蝕保護作用。硅烷上所帶

4、官能團的化學結構對溶膠制備過程中的水解縮聚反應會產(chǎn)生很大影響，從而會進一步影響到溶膠的均勻性和相應膜層對AZ91D鎂合金的耐蝕性能。論文通過正硅酸乙酯(TEOS)、乙烯基三乙氧基硅烷(VTEO)、γ—氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)和γ—(2，3環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)四種硅烷前驅(qū)物之間的相互組合，制備了幾種不同組分的硅溶膠。采用旋轉涂膜法在AZ91D鎂合金表面制備了相應的高聚物涂層。利用傅立葉紅外、掃描電鏡、接觸角測試以

5、及JB-5C技術對不同組分的高聚物涂層的結構和性質(zhì)進行表征與檢測。研究表明硅烷中吸電子性質(zhì)的官能團使硅溶膠中Si—O—Si反對稱伸縮振動發(fā)生紅移，而給電子性質(zhì)的官能團使硅溶膠中的Si—O—Si反對稱伸縮振動發(fā)生藍移；涂層的平均厚度為2μm。通過動電位極化、電化學阻抗等電化學測試方法對這些高聚物涂層的耐蝕性能進行了研究。結果表明硅烷前驅(qū)體中較小的空間位阻可使硅烷的水解縮聚反應進行得較為完全，相應涂層的耐蝕性能較好。 3、論文在充分

6、考慮環(huán)境友好、工藝成本低廉和操作工藝簡單的前提下，在AZ91D鎂合金表面制備了鉬酸鹽轉化膜。討論了轉化液組成、成膜溫度、成膜時間等實驗參數(shù)對轉化膜層形貌和性能的影響。通過掃描電鏡、動電位極化、電化學阻抗等測試手段確定了鉬酸鹽轉化體系的實驗參數(shù)。結果表明在pH值等于5、(NH4)6Mo7O24·6H2O濃度為7.3 g/L的鉬酸鹽轉化液中反應30 min，可得到耐蝕性能較好的鉬酸鹽轉化膜層。在優(yōu)化的鉬轉化膜層基礎上，結合溶膠凝膠技術，得到

7、了耐蝕性能更優(yōu)的鉬/硅復合膜層。 4、鎂合金在氫氟酸溶液中可以得到一層薄的鈍化膜層，但該鈍化膜層表面不致密，有孔洞等缺陷，因此限制了鎂合金耐蝕能力的進一步提高。為此，論文研究了鈍化膜層與溶膠復合技術對鎂合金的保護作用。采用動電位極化和電化學阻抗技術研究了鈍化膜與硅溶膠以及鈍化膜與鑭溶膠對AZ91D鎂合金的保護作用。結果表明，由于鑭溶膠的不均勻性，F(xiàn)/La復合膜層對AZ91D鎂合金的耐蝕保護能力有限，而F/Si復合膜層對AZ91D