3C鎂合金在模擬汗液中的腐蝕行為與防護技術(shù)研究.pdf

1、金屬材料的腐蝕與防護一直是材料工作者們研究的重點和難點?，F(xiàn)代社會的腐蝕與防護早已不單純是技術(shù)問題,而是關(guān)系到環(huán)境保護、節(jié)約能源、節(jié)省材料、保證正常生產(chǎn)和人身安全、發(fā)展新技術(shù)等一系列重大的社會和經(jīng)濟問題。鎂合金因諸多優(yōu)良的性能,在3C產(chǎn)品(計算機類、消費類電子產(chǎn)品、通訊類)、航天航空、汽車制造等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用,被譽為“二十一世紀綠色工程材料”。但鎂合金因鎂性質(zhì)活潑,腐蝕后的產(chǎn)物酥松等原因?qū)е履臀g性差,這已成為鎂合金更廣泛應(yīng)用的主要

2、障礙。
　　 本文選擇了三種在3C領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的鑄造鎂合金AZ31、AZ61、AZS0,研究了其在模擬汗液中的腐蝕行為。三種鎂合金在模擬汗液中耐蝕性均不好,能自發(fā)的產(chǎn)生局部腐蝕。汗液中三種主要組分在鎂合金的腐蝕過程中起著不同的作用:乳酸加速腐蝕;NaCl引起局部腐蝕;尿素吸附在鎂合金表面,起著延緩腐蝕的作用。文中通過交流阻抗實驗、失重實驗、表面分析研究了鋁含量不同的三種鎂合金的耐蝕性能,率先提出鎂合金的耐蝕性能隨著合金中鋁含量的

3、增加而增強。腐蝕產(chǎn)物的XRD顯示,三種鎂合金腐蝕產(chǎn)物均為Mg(OH)2。
　　 為獲得更詳細的3C鎂合金與人體汗液接觸后的腐蝕行為的信息,本文借助橢圓偏振法模擬出了3C產(chǎn)品與汗液接觸的情形。分析橢圓偏振數(shù)據(jù)顯示AZ80鎂合金與模擬汗液充分接觸一次后,黏附在表面的汗液會腐蝕表面約2.04分鐘,此時表面液膜厚度約3.5納米。與模擬汗液多次接觸后的鎂合金表面可以用三層結(jié)構(gòu)模型(Cauchy-EMA-substrate)來描述。通過擬合

4、實驗數(shù)據(jù),得到了各層厚度及光學(xué)常數(shù)。EMA和Cauchy層厚度隨著接觸次數(shù)增加和時間的延長而增加,但增加速度逐漸減小。擬合結(jié)果還顯示,表面腐蝕產(chǎn)物膜的折射率為1.45-1.62,酥松的腐蝕產(chǎn)物不能給基體提供有效的保護作用,鎂合金進行涂裝前必須經(jīng)過表面處理。利用橢圓偏振法現(xiàn)場監(jiān)測短時間微量腐蝕體系,并從理論上對橢圓偏振參數(shù)的物理意義做出解釋是本論文提出的全新的研究方法。
　　 針對3C產(chǎn)品外殼材料表面處理的特殊要求,本文制備了“綠

5、色”鈣系轉(zhuǎn)換液處理鎂合金,并獲得較為理想的表面膜。正交實驗得到最佳處理工藝參數(shù)為:磷酸二氫鈣濃度為35g/L,偏釩酸氨濃度為1.5g/L,植酸濃度為1g/L,,處理時間為5分鐘。極差分析表明處理時間對表面膜的厚度和耐蝕性影響最大,磷酸二氫鈣、偏釩酸氨濃度其次,植酸組分濃度對二者影響最小。在成膜過程中磷酸二氫鈣是主成膜劑,鈣鹽是構(gòu)成膜層的主要成分;偏釩酸氨是成膜助劑;植酸起到一個成膜添加劑的作用。極化曲線顯示鍍膜后電流密度降低了一個數(shù)量級

6、,而且陽極曲線出現(xiàn)了一個較長的鈍化平臺,腐蝕速度明顯減慢。長時間浸泡轉(zhuǎn)化膜后的交流阻抗譜表明膜層在長時間的浸泡中可以分為三個階段:膜生長(0-18h);膜穩(wěn)定(18-30h);膜衰退(30h小時后)。膜層的性能測試顯示該轉(zhuǎn)化膜耐蝕性、耐沖擊性能良好,附著力為1級。膜層親水性強,導(dǎo)電性好,是理想的涂裝底層。
　　 鎂合金綠色緩蝕劑的研究一方面能拓寬鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域,另一方面對鎂合金化學(xué)轉(zhuǎn)換處理具有積極的引導(dǎo)作用。本論文首次報道了鎂

7、合金有機/無機復(fù)合緩蝕劑,并對其緩蝕效率,緩蝕機理進行了深入系統(tǒng)地研究。單獨的Na2Si03或十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)對鎂合金在NaCl溶液中有一定的緩蝕作用,但效果欠佳,而二者的復(fù)合緩蝕劑能取得較好的效果。復(fù)合緩蝕劑在Na2SiO3濃度為1mM,SDBS濃度為2mM時緩蝕效率最高,為95％。機理探討認為Na2SiO3能使鎂合金表面生成的腐蝕產(chǎn)物層更加致密,SDBS的加入能增強腐蝕產(chǎn)物與基體的結(jié)合力,增強表面產(chǎn)物膜的韌性。Na2Si