鎂合金表面耐蝕性溶膠-凝膠膜層的制備與修復(fù)研究.pdf

1、鎂合金具有密度低，比強(qiáng)度、比彈性模量高，導(dǎo)熱性能良好且易于回收等特點(diǎn)，還具有很好的鑄造性能和切削加工性能，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”。然而，鎂合金的化學(xué)性質(zhì)活潑，在使用環(huán)境中容易發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，大大限制了鎂合金的實(shí)際應(yīng)用。因此鎂合金的表面防護(hù)技術(shù)研究具有十分重要的價(jià)值和意義。
　　 本文在綜述了鎂合金腐蝕機(jī)理和近年來(lái)國(guó)內(nèi)外防腐研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，通過(guò)溶膠-凝膠技術(shù)在AZ91D鎂合金表面制備了具有良好的耐蝕性能的氧化鈰、氧化鋯溶

2、膠-凝膠膜層以及Si-Ce復(fù)合膜層。同時(shí)，針對(duì)溶膠-凝膠膜層在腐蝕環(huán)境中容易遭到破壞，而膜層本身缺乏自修復(fù)功能的缺點(diǎn)，本文初步研究了硝酸鋅對(duì)Si溶膠-凝膠膜層在腐蝕介質(zhì)中的修復(fù)作用及其修復(fù)機(jī)理。利用電化學(xué)阻抗譜(EIS)、動(dòng)電位極化、X射線光電子能譜(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜分析(EDS)、傅立葉紅外(FT-IR)、紫外可見(UV-Visible)以及粘度測(cè)試等多種檢測(cè)手段，對(duì)膜層的耐蝕性能、表面形貌和膜層的表面化學(xué)組成

3、進(jìn)行了測(cè)試和表征。
　　 因鎂合金表面化學(xué)活性太高，pH較低的溶膠會(huì)對(duì)鎂合金基體造成腐蝕，故該類溶膠不適宜直接涂覆在鎂合金表面，本文在制備氧化鈰膜層前對(duì)鎂合金基體預(yù)先進(jìn)行氟化處理。以六水合硝酸鈰為前驅(qū)體，以火棉膠為粘度調(diào)節(jié)劑，在氟化的鎂合金表面成功制備了氧化鈰薄膜。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)和表面分析測(cè)試結(jié)果表明：氧化鈰膜層能明顯提高鎂合金在氯離子介質(zhì)中的耐蝕性能，膜層的主要成分為：氧化鈰，氟化鎂，氧化鎂。其中，氧化鈰在膜層的耐蝕性能中起著關(guān)鍵

4、作用。
　　 同時(shí)，本研究也在氟化的鎂合金表面制備了氧化鋯膜層。首次以五水合硝酸鋯為前驅(qū)體，以乙酰丙酮為絡(luò)合劑，在氟化的鎂合金表面制備了一種新型、耐蝕性能良好的氧化鋯膜層。采用此法制備的氧化鋯膜層具有操作簡(jiǎn)便、成本低、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。膜層的表征結(jié)果表明：氧化鋯膜層在3.5 wt.％的NaCl溶液中具有良好的耐蝕性能，硝酸鋯和乙酰丙酮發(fā)生了絡(luò)合反應(yīng)，在溶膠結(jié)構(gòu)中形成了具有雙齒配體的絡(luò)合物。
　　 本文還首次討論了鎂合金表面Si

5、-Ce復(fù)合溶膠-凝膠膜層中Ce含量對(duì)膜層的微觀結(jié)構(gòu)、表面形貌和耐蝕性能的影響。利用溶膠-凝膠技術(shù)，以γ-縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)和乙烯基三乙氧基硅烷(VETO)為前驅(qū)體，以六水合硝酸鈰作為添加劑，在AZ91D鎂合金表面制備了Si-Ce復(fù)合溶膠-凝膠膜層。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：硅溶膠中加入適量的硝酸鈰，會(huì)使膜層中的凝膠塊消失，有利于提高膜層的耐蝕性能，但加入過(guò)量的硝酸鈰會(huì)破壞膜層表面的完整性，大大降低膜層的耐蝕能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)表明：

6、0.01 M的硝酸鈰為制備復(fù)合溶膠的最佳濃度，此時(shí)膜層的耐蝕性能最優(yōu)。
　　 由于溶膠-凝膠膜層在腐蝕介質(zhì)中容易遭到破壞，而本身又缺乏自修復(fù)功能，嚴(yán)重限制了溶膠-凝膠技術(shù)在鎂合金防護(hù)方面的應(yīng)用。為促進(jìn)溶膠-凝膠技術(shù)在鎂合金防腐方向的實(shí)際應(yīng)用，本文研究了硝酸鋅在氯離子介質(zhì)中對(duì)Si溶膠-凝膠膜層的修復(fù)行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一定濃度下的硝酸鋅對(duì)鎂合金表面的Si溶膠-凝膠膜層具有明顯的修復(fù)作用。其修復(fù)作用可歸因于Zn2+和體系中的OH-形