PVD技术在镁合金表面防护领域的应用及研究进展_王彦峰

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镁合金表面铝涂层研究新进展

镁合金表面铝涂层研究新进展张津,麻彦龙,黄福祥,肖锋(重庆工学院材料科学与工程学院,重庆400050) [摘　要]　对镁合金表面沉积铝涂层这一镁合金表面处理的新技术进行了总结,分析了传统镁合金表面处理的优缺点以及在镁合金表面沉积铝涂层的优势。

最新的在镁合金表面沉积铝涂层的工艺主要有铝粉埋覆扩散法、铝粉刷涂埋覆扩散法、火焰喷涂热扩散法、电弧喷涂热压法、动态金属喷镀法。

在对以上沉积原理的分析和理解的基础上,详细阐述了镁合金表面铝涂层的耐蚀机理,并指出了该技术的应用前景和制约其发展的主要因素。

[关键词]　镁合金;铝涂层;扩散;热喷涂;耐蚀性[中图分类号]TG146.2 [文献标识码]A [文章编号]1001-3660(2007)05-0064-04The La test Researches of A lum i n u m Coa ti n g on M agnesi um A lloysZHAN G J in,M A Yan 2long,HUAN G F u 2xiang,X I AO F eng(College of Materials Science and Engineering,Chongqing I nstitute of Technol ogy,Chongqing 400050,China )[Abstract]　A ne w strea m of surface treat m ent technol ogies for magnesiu m all oys,depositing alu m inu m on magnesi 2u m all oy,is su mmarized on the basis of recent laborat ory ex peri m ents .The str ong points and weak point of traditi onal mag 2nesiu m all oy surface treat m ent technol ogies were analyzed and the advantages of alu m inu m coating on magnesiu m all oy were exp lained .The latest alu m inu m coating depositing technol ogies on magnesiu m all oy varies fr om diffusi on bet w een alu m inu m po wder and magnesiu m all oy matrix at high te mperature t o ther mal s p raying alu m inu m po wder or thread materials with both traditi onal and advanced s p raying equi pments .Based on the understanding t o different technol ogies,the corr osi on 2resistant mechanis m of alu m inu m coating on magnesiu m all oyswas further discussed .Finally,the app licati on f oregr ound of the tech 2nol ogy in questi on was p redicted and the maj or p r oble m s li m iting its devel opment were put for ward .[Key words]　Magnesiu m all oy;A lu m inu m coating;D iffusi on;Ther mal s p raying;Corr osi on resistance[收稿日期]2007-06-26[基金项目]重庆市科技攻关重点项目(CSTC2004AA400326);重庆市重点自然科学基金项目(CSTC200413A4002)[作者简介]张津(1963-),女,重庆人,教授,博士,主要从事表面工程领域的研究。

211241006_镁合金表面腐蚀防护技术研究进展

第52卷第5期表面技术2023年5月SURFACE TECHNOLOGY·37·镁合金表面腐蚀防护技术研究进展夏先朝1，潘玥1，袁杏1，聂敬敬1，孙京丽1，袁勇1，董泽华2（1.上海航天精密机械研究所，上海 201600；2.华中科技大学化学与化工学院，武汉 430074）摘要：镁合金较差的耐腐蚀性能限制了其大规模应用。

利用表面腐蚀防护技术可以有效改善镁合金的耐蚀性能，延长镁合金的服役寿命。

因此，可靠的表面腐蚀防护技术是突破镁合金应用瓶颈的关键。

从镁合金表面腐蚀防护技术的分类入手，阐述了各种防护技术的基本原理。

在此基础上，综述了近年来镁合金腐蚀防护技术的研究进展，包括电化学方法、化学方法及其他表面腐蚀防护方法等，阐明了各种技术的优缺点及适用范围，并对镁合金表面防护技术的发展趋势进行了展望。

经过多年的发展，镁合金表面防护技术的理论研究和应用日臻完善，现有的表面防护方法一定程度上都能为镁合金基体提供腐蚀防护作用。

然而，随着镁合金应用范围的扩展，相关结构件常会面临恶劣的服役环境。

因此，单一的表面腐蚀防护技术已经很难满足工业领域对镁合金材料的迫切需求，多种表面处理技术联合制备的复合涂层具有广阔的应用前景。

镁合金表面防护技术当前正朝着功能化和智能化的复合涂层方向发展，同时对制备工艺的安全环保性也提出了更高要求。

未来除了保证高耐蚀性外，开发多功能智能涂层对提升防护层的长效防护能力、拓宽镁合金的应用范围具有重大的现实和长远意义。

关键词：镁合金；耐腐蚀性；表面防护；复合涂层；功能涂层；智能涂层中图分类号：TL214.6 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)05-0037-14DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.05.004Research Progress of Surface Corrosion ProtectionTechnology for Mg AlloysXIA Xian-chao1, PAN Yue1, YUAN Xing1, NIE Jing-jing1, SUN Jing-li1, YUAN Yong1, DONG Ze-hua2(1. Shanghai Spaceflight Precision Machinery Institute, Shanghai 201600, China;2. School of Chemistry and Chemical Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China)ABSTRACT: The relatively high corrosion susceptibility of Mg alloys seriously restricts their large-scale use. Surface corrosion protection technologies are used to improve the corrosion resistance and prolong the service life of Mg alloys. Hence, use of reliable surface corrosion protection coatings is the key to break through the bottleneck of Mg alloy application. Starting from the classification of surface corrosion protection technologies for Mg alloys, the basic principles of various protection technologies were expounded, and the advantages, disadvantages and application scope of various technologies were clarified.收稿日期：2022–05–16；修订日期：2023–01–05Received：2022-05-16；Revised：2023-01-05基金项目：上海航天精密机械研究所自主研发项目Fund：Independent Research and Development Project of Shanghai Spaceflight Precision Machinery Institute作者简介：夏先朝（1995—），男，硕士。

镁合金表面处理技术现状和发展趋势

ＡｂｔａｔＤｉｅｅｔｓｒａｅｔｅｔｅｔｗａｐｌｄｔｅｅｃｏａｎｓｕａｌｙｉｒｅｏｓｒｃ：ｆｒｎｕｆｃｒａｍｎｓａｐｉｏｄｆｎｅｆｒｍｇｅｉｍｌｎｏｄｒｔｆｅｏｉｐｏｅｃｐｂｌｙｅｔｎｐｌａｉｎｆｌｎｎｒａｅｓｒｉｅｌｅＩｈｓｐｐｒａｒｖｅｍｒｖａａｉｔ，ｘｅｄａｐｉｔｉｄａｄｉｃｅｓｅｖｃｉ．ｎｔｉａｅ，ｅｉｗｉｃｏｅｆｗａａｅｏｈｔｄｎｐｌａｉｎｏｕｆｃｒａｍｅｔｆｒｍａｎｓｕａｌｙｗｈｃｎｓｍｄｎｔｅｓｕｙａｄａｐｉｔｆｓｒａｅｔｅｔｎｏｇｅｉｍｌ，ｉｈｉ— ｃｏｏ
应用的现状；着重阐述了微弧氧化技术具有膜层与基体结合强度高、硬度高、耐磨性好、抗腐蚀能力强、热稳定
性好等优点；概述了微弧氧化技术国内外研究与应用现状，并提出微弧氧化技术是镁合金表面处理的重点．关键词：镁合金；表面处理；微弧氧化
第３卷第４１期
Ｖ０．１Ｎｏ４２１１３．００
青岛理 ห้องสมุดไป่ตู้ 大学学报
ＪｕｎｌｏｎｄｏＴｅｈｏｌｇｃｌｎｖｒｉｙｏｒａｆＱｉｇａｃｎｏｉａｉｅｓｔＵ
镁合金表面处理技术现状和发展趋势
镁合金凶其比重小、的比强度和比刚度、良的减震性和电磁屏蔽性、好的回收性等优点，航空高优很在

镁合金防腐表面处理与涂层技术研究进展

ＭｉｔｒｅｒｅｔｔｅＯｃｉ３０Ｆｃｒ，ＣａｇｈｕＪａｇｕ２３０，ｈｎ）ｌａｙＲｐｅｎａｉｆｅｎ７ａｔｙｈｎｚｏ，ｉｎｓ１０２Ｃｉｉｓｖｉｏａ
ＡｂｓｒｃＴｒｇｅｓｏｕｒａｅｔｅｔｎｏｇｅｉｔａｔ：ｈｅｐｏｒｓｆｓｆｃｒａｍｅｔｆｒｍａｎｓｕｍｌｙｓｒｖｅｄ，ｗｈｃｎｌｄｓｈｉｈ— ａｌｓｗａｅｉｗｅｏｉｈｉｃｕｅｇ
ｗｅｅａｌｚｄ；ｔｅｐｏｅｔｅｔｃｏｏｉｓｆｒｍａｎｓｕａｌｙｒｌｏｐｏｐｃｅｒｎａｙｅｈｒｔｃｉｅｈｎｌｇｅｏｇｅｉｍｌｏｓｗｅｅａｓｒｓｅｔｄ．ｖＫｅｏｄｍａｎｓｕａｌｙｙＷｒｓ：ｇｅｉｍｌｏｓ；ｓｒａｅｔｅｔｎ；ｏｇｎｃｃａｉｇ；ａｔ —ｃｒｏｉｎｕｃｒａｍｅｔｒａｉｏｔｎｆｎｉｏｒｓｏ
需进一步改善。目前对于热喷涂所形成的涂层的后处理技
术，激光熔覆、封处理、压、如密热阳极电镀等都进一步提高了
喷涂后镁合金的耐蚀性。
３氧化膜表面处理
３１化学氧化（化）处理．转膜
的应用前景 … ，誉为 “ ｌ世纪的绿色工程材料 ” 被２。然而，合金具有较高的活泼性，准电极电位为镁标
一
１１激光改性．

一种提高镁合金耐蚀性的表面处理方法[发明专利]

[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公开说明书[11]公开号CN 1737212A [43]公开日2006年2月22日[21]申请号200510057166.8[22]申请日2005.07.14[21]申请号200510057166.8[71]申请人重庆工学院地址400050重庆市杨家坪兴胜路4号[72]发明人张津孙智富 [74]专利代理机构重庆弘旭专利代理有限责任公司代理人周韶红[51]Int.CI.C25D 13/06 (2006.01)C25D 13/20 (2006.01)权利要求书 2 页说明书 7 页[54]发明名称一种提高镁合金耐蚀性的表面处理方法[57]摘要本发明提供了一种能大大提高镁合金耐蚀性的表面处理方法，其特征在于：将镁合金表面进行阴极电泳涂层处理；或在阴极电泳涂层处理之前先对镁合金表面进行等离子表面处理。

本发明通过对镁合金表面进行阴极电泳涂层处理，为镁合金表面提供了一保护层，提高了镁合金表面的耐腐蚀性能。

另外由于在阴极电泳涂层处理之前先对镁合金表面进行等离子表面处理，提高了阴极电泳涂层在镁合金表面的附着力，进一步增强了镁合金表面的耐腐蚀性能。

本发明工艺简单，在工业上应用方便、成本较低且效果突出。

200510057166.8权利要求书第1/2页 1、一种提高镁合金耐蚀性的表面处理方法，其特征在于：将镁合金表面进行阴极电泳涂层处理。

2、如权利要求1所述的提高镁合金耐蚀性的表面处理方法，其特征在于：在镁合金表面进行阴极电泳涂层处理前，先进行等离子表面处理。

3、如权利要求1或2所述的提高镁合金耐蚀性的表面处理方法，其特征在于：在对镁合金表面进行阴极电泳涂层处理前或在镁合金表面先后进行等离子表面处理、阴极电泳涂层处理前，先对镁合金表面进行或碱洗或/和酸洗或/和机械磨光的预处理。

4、如权利要求1或2所述的提高镁合金耐蚀性的表面处理方法，其特征在于：所述阴极电泳涂层或为环氧树脂涂层或为油漆涂层。

镁合金表面处理国内外研究应用现状

表面工程技术镁合金表面处理国内外研究应用现状Magnesium alloy surface treatment of domestic and foreignresearchand application status学院名称：材料科学与工程学院专业班级：复合材料1101学生姓名：曹成成学号： 3110706055指导教师：张松立2014 年 6 月摘要：介绍了国内外镁合金表面处理的最新研究进展，其中包括化学转化、自组装单分子膜、阳极氧化、电镀与化学镀、液相沉积与溶胶凝胶涂层、气相沉积、喷涂、激光熔覆合金技术等，并对镁合金表面处理的发展趋势作了展望。

关键词：镁合金表面处理涂层引言镁是金属结构材料中最轻的一种# 纯镁的力学性能很差。

但镁合金因体积质量小、比强度高、加工性能好、电磁屏蔽性好、具有良好的减振及导电、导热性能而备受关注。

镁合金从早期被用于航天航空工业到目前在汽车材料、光学仪器、电子电信、军工工业等方面的应用有了很大发展。

但是镁的化学稳定性低、电极电位很负、镁合金的耐磨性、硬度及耐高温性能也较差。

在某种程度上又制约了镁合金材料的广泛应用，因此，如何提高镁合金的强度、硬度、耐磨、耐热及耐腐蚀等综合性能，进行适当的表面强化，已成为当今材料发展的重要课题。

镁合金是最轻的金属结构材料之一，密度仅为1.3g/cm3 ~ 1.9 g/cm3，约为Al 的2/3，Fe 的1/4。

镁合金具有比强度高，比刚度高，减震性、导电性、导热性好、电磁屏蔽性和尺寸稳定性好，易回收等优点。

以质轻和综合性能优良而被称为21 世纪最有发展潜力的绿色材料，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子通讯等各个领域。

但是镁合金的化学和电化学活性较高，严重制约了镁合金的应用，采用适当的表面处理能够提高镁合金的耐蚀性。

一、微弧氧化处理微弧氧化技术又称微等离子体氧化或阳极火花沉积, 实质上是一种高压的阳极氧化, 是一种新型的金属表面处理技术。

镁合金防腐表面处理与涂层技术研究进展_倪维良

赵明等［11］对镁合金磷酸盐－高锰酸盐化学转化处理工艺进行了研究，发现 pH 为 4、K2 HPO4 含量为 150 g / L、KMnO4 含量为 40 g / L 的处理液能显著提高镁合金表面的耐腐蚀性能。磷化处理一般也作为涂装处理的打底层，周婉秋等［12］将镁缓蚀剂加入锰盐和磷酸盐组成的体系中，在 AZ91D 镁合金上获得了优质的化学转化膜。
膜，优点是冷却速度快（可超过 1 010 ℃ / s），气相沉积可以在的侵蚀，但这种转化膜一般不太致密，耐腐蚀能力有限，因此
学
镁合金表面形成比较稳定的薄膜。但镁合金表面 PVD 由于装只适用于短时期内大气腐蚀下的防护，然而这种转化膜的另
置复杂、成本较高，所以主要用于具有特殊用途零件的处理。一重要作用是它可以为后续涂层打底以增加镁合金基底与后
通过化学转化可以在镁合金基体表面形成由氧化物或金属盐构成的无机膜层这层膜与基体具有良好的结合力可阻止腐蚀介质对基体的侵蚀但这种转化膜一般不太致密耐腐蚀能力有限因此只适用于短时期内大气腐蚀下的防护然而这种转化膜的另一重要作用是它可以为后续涂层打底以增加镁合金基底与后续涂层间的结合力
第 42 卷第 7 期 2012 年 7 月
近几年，科研人员开发出一种通过电化学反应在阳极基材上沉积聚合物涂层的新方法，称之为聚合物镀层。Mori 等［9］以三嗪的二硫化物为电解质，以镁合金为工作电极，在镁合金表面沉积了聚合物涂层，该涂层具有微观排列各向异性的特点，对水、氧及离子的传输具有很强的抑制性，因此可起到很好的防腐蚀作用。傅里叶红外光谱（ FT － IR）显示的聚合物涂层中还含有 Mg（ OH） 2·MgO 等，这些沉淀聚合物有较好的耐蚀性能。但这种技术目前尚处于起步阶段，距实现产业化还有一定距离。

镁合金表面防腐技术研究进展

镁合金表面防腐技术研究进展王艳珍;王淑敏【摘要】综述了近年来镁合金防腐蚀表面处理的方法，主要有化学转化、阳极氧化、微弧氧化、金属镀（涂）层、有机涂层、气相沉积、表面改性等，并对镁合金表面处理的发展方向进行了展望。

【期刊名称】《江西化工》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】2页(P50-51)【关键词】镁合金;表面处理;防腐;耐蚀性【作者】王艳珍;王淑敏【作者单位】鹤壁职业技术学院，河南鹤壁458030;鹤壁职业技术学院，河南鹤壁458030【正文语种】中文随着中国经济结构及产业转型的不断深入，节能环保成为关注的焦点。

镁合金因具有较强的比强度、比刚度，以及减震性、电磁屏蔽和抗辐射能力，在汽车、飞机以及电子产品上得到广泛应用，具有替代传统材料的广阔前景，被誉为21世纪绿色金属结构材料。

但它与其他结构金属材料相比易受到外界的腐蚀破坏作用，尤其是在我国沿海具有海洋气候的一些地方能加速镁合金的腐蚀破坏，这就导致了镁合金应用领域受到了严格的限制。

因此，镁合金的表面防护处理极为重要，目前国内外都加大了对镁合金腐蚀问题的研究[1，2]。

本文综述了镁合金表面防腐处理的方法，并对各种表面处理方法的优缺点及今后的发展方向进行了展望。

镁合金常用的化学处理方法有两类：一类是磷酸盐成膜剂，一类是铬酸盐成膜剂。

磷化技术形成的磷化膜抗蚀性能好，一般用作涂料的底层。

但磷化工艺产生的沉渣，磷酸盐造成的水质富氧化污染，亚硝酸盐、重金属离子对水质的污染等加快了它被淘汰的速度。

铬化处理的机理是金属表面的原子溶于溶液后，引起金属表面的pH 值上升，在金属表面沉积铬酸盐与金属胶状物的混合物的过程，这种混合物在未失去结晶水时具有自修复功能，因而耐蚀性好。

但由于铬酸盐处理工艺中含Cr6+离子，对环境造成污染且废液的处理成本高。

近年来出现了大量的环境友好的表面涂层技术的研究，高焕方等[3]优化出一套具有较佳防腐性能的环保型镁合金无铬化学转化技术，制备了内层为植酸转化、外层为铈基转化的具有较佳性能的环保型铈基-植酸协和转化膜。

镁及其合金表面防护性涂层国外研究进展

［ 13 ］于工业化生产，如 DoW17 、 HAE 、 Anomag 、 MagoX［ 14 ］［ 15 ］ id! coat 、 Tagnite 等工艺，现在有关阳极氧化的 + 4
清洁：化学处理，除油、碱洗酸洗：除去氧化物、残渣、油脂 2 在含氟化物的溶液中化学镀 Ni 氟化物活化：除去表面残留氧化物，形成一层薄的氟化镁保护层
［ 27 ］。该膜层在酸性溶液和有机溶剂中明显腐蚀点
行热处理而形成的涂层。这个过程中通过在高温下涂层材料与基体材料的内部扩散而形成合金。
［ 21 ］ 20 世纪末， S1igemastu 等人报道了 Mg 合金的
AI 扩散涂层，用 AI 粉将镁合金覆盖后在惰性气氛下在 450 C 进行热处理，在表面形成厚度为 750 Mg 金属间化合物。由于热处理温度超 !m 的 AI" （ 437 C ），金属间化过了 Mg / Mg17 AI12 的共熔温度合物膜层的表面存在有裂纹，但是在镁合金基体与反应层之间的界面处没有微裂纹和孔隙。该表面合金层主要由 #" Mg 和 $ 相 AI12 Mg17 组成。在上述方法的基础上改进获得的 AI " Zn 扩散层使用的是 70 ! AI + 30 ! Zn 混合粉末，比纯 AI 粉的熔点要低，可以将热处理的温度降低至 430 C ，合金层内产生热裂纹的可能性减少，而添加的 Zn 也能提高合金的硬度和对 Fe、 Cu 和 Ni 的容量，从而降低腐蚀速度
［ 11 ］
都比镁合金的正，镁合金与其他金属一同使用时易发生电偶腐蚀。因而形成的镀层必须均匀致密且具有一定的厚度，否则将导致腐蚀电流增大。由于镁合金基体的晶界处容易形成 Mg X AI y 类金属间化合物，导致基体表面的电位不均匀，所以不同的镁合金或不同电镀的体系的前处理工艺也应不同。另外电镀过程中镀液中的电流分布不均匀，这将导致复杂镀件表面形成的镀层不均匀，特别是在孔内或凹陷处。相对而言，化学镀能在复杂镀件表面甚至在孔内形成均匀镀层，但是化学镀的镀液寿命短，且镁的活性在化学镀中显得尤为突出，因而影响了化学镀在镁合金上的应用。为不同体系寻找合适的前处理方法是进行镁合金电镀最困难而又最重要的步骤。镁合金在电浸 Zn 和（2）在含镀前一般需要两个基本步骤：（1 ）

镁合金表面自修复防护膜层的研究进展探寻

镁合金表面自修复防护膜层的研究进展探寻发布时间：2022-11-07T01:43:52.381Z 来源：《科学与技术》2022年7月第13期作者：王亮曾坤[导读] 镁合金具备比强度大、导热性能好、导电性能高、应用密度低等优势，目前已经在许多行业中得到了推广。

为了延长镁合金使用寿命，会在其表面增设自修复防护膜层，提升镁合金环境抗性。

王亮曾坤陕西东方航空仪表有限责任公司陕西省汉中 723100摘要：镁合金具备比强度大、导热性能好、导电性能高、应用密度低等优势，目前已经在许多行业中得到了推广。

为了延长镁合金使用寿命，会在其表面增设自修复防护膜层，提升镁合金环境抗性。

本文针对镁合金表面腐蚀类型展开分析，通过研究外援型自修复膜层、本征型自修复涂层、有机转化膜型自修复涂层、微容器型自修复涂层在镁合金防护中的应用要点，其目的在于有效延长镁合金使用寿命，提高镁合金制品所带来的综合效益。

关键词：镁合金；自修复防护膜层；电偶腐蚀膜层自修复是指产品在投入使用的过程中，能够在遭受到外界环境破坏后进行自我恢复，以此来延缓材料的腐蚀进度，更好的保护基体材料。

镁合金作为一类化学性质比较活泼的材料，研究此类材料的自修复防护膜层的有关内容，可以积累相应的应用经验，为自修复防护膜层后续发展研究提供良好参考。

1镁合金表面腐蚀类型在镁合金产品的应用中，其常见的腐蚀类型如下：（1）点蚀，其属于一种局部腐蚀，所带来的危害性较高。

其外在表现为铝合金表面出现较难观察到的点蚀凹坑，其具有较强的腐蚀倾向，最终在镁合金材料上形成穿孔，整个过程会在较短时间内完成，若不能及时发现和处理，也将直接影响镁合金材料使用寿命。

（2）电偶腐蚀，这也是常见的镁合金腐蚀形式，腐蚀原理在于不同电位金属在电解液中发生相互接触时，会在电化学作用下出现腐蚀问题，镁元素的活泼性较高，会作为阳极快速腐蚀，从而逐渐降低镁合金的综合强度。

（3）应力腐蚀，此类腐蚀形式是在外部腐蚀环境、拉伸应力共同作用下造成的，外在表现为镁合金表面出现裂纹，最终发生断裂问题。

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王彦峰等 P VD 技术在镁合金表面防护领域的应用及研究进展
了较好的耐蚀性能。 Zhou Cheng-hou 等人[ 15] 采用双辉等离子溅射技
术制备的 A l2O3 陶瓷膜层 , 在 AZ 31 镁合金表面获得了较好的耐蚀性能。相对于 AZ 31 镁合金基体 , 在 3 .5 %的 N aCl 溶液中 , A l2O 3 膜层的腐蚀电位只有基体的 1/ 2 , 腐蚀电流密度也低了 3 个数量级 , 体系的极化阻抗更是比基体高了将近 600 倍 , 并且极化曲线显示在很宽的电压范围内膜层均呈现出钝化状态 , 如图 3 所示 , 这就会大大提高镁合金基体的耐蚀性。然而 , 膜层中存在的不可避免的气孔等结构缺陷却成为腐蚀介质腐蚀基体的通道 , 并最终引起基体的腐蚀。
1 镁合金表面 PVD 膜层的研究进展
PVD 膜层多数是在低温等离子体条件下获得的 , 沉积层被电离、激发为离子、高能中性原子 , 使得沉积层的组织细密、与基体结合良好。相比于镁合金自身在大气中表面所形成的疏松、多孔的氢氧化物膜层来讲,PVD 膜层可大大提高其表面性能 , 增强耐蚀性。目前 , 相关 P VD 膜层制备、性能表征以及在镁合金基体上的耐蚀性能研究主要集中于以下几个方面。
1 .1 纯金属单质膜层
目前 , 镁合金基体表面制备的金属单质膜层能够提高基体的耐蚀性已获得了广泛的共识 , 其耐蚀性机理可以分为两种 :一类是依靠纯金属原子或离子的注入并与基体相互反应生成耐蚀性产物 , 提高耐蚀性 ;或者依靠金属单质自身的自钝化机理 , 在基体表面形成耐蚀性防护膜层。例如 , 在镁合金表面制备金属铝膜层 , 依靠金属铝能在自身表面快速生成一层致密的
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王彦峰等 P VD 技术在镁合金表面防护领域的应用及研究进展
PVD 技术在镁合金表面防护领域的应用及研究进展
王彦峰 , 李争显 , 杜继红 , 王宝云 (西北有色金属研究院 , 西安 710016)
[ 摘要] 综述了近年来国内外镁合金表面 PVD 技术制备的膜层对其耐蚀性的影响研究 , 提出 :PVD 膜层能够降低镁合金的腐蚀电流 , 提高其耐蚀性 ;造成膜层失效的主要原因是由于膜层中存在的微孔等结构缺陷充当了腐蚀通道 ;通过膜层体系的结构设计、制备工艺参数优化等方法 , 可降低膜层结构缺陷、提高膜基体系耐蚀性。
C .Blaw er t 等人[ 11] 分别采用磁控溅射、离子束溅射和真空电弧沉积的方法制备了纯镁膜层。分析检测表明 , 采用磁控溅射以及离子束辅助溅射制备的膜层能够清晰地看到镁的六方结构 , 而真空电弧沉积的纯镁膜层晶粒更细小 , 结构更加致密 , 如图 2 所示。这种有区别的显微组织结构势必会引起膜层耐蚀性的差

[ 收稿日期] 2010-05-19 ;[ 修回日期] 2010-06-24 [ 作者简介] 王彦峰(1983-), 男 , 河南南阳人 , 硕士 , 工程师 , 主要研究方向为稀有金属表面处理。
第 39 卷第 4 期 2010 年 8 月 Vol .39 No .4 Aug .2010
1 .2 陶瓷膜层
一般来讲 , 在中性或者酸性腐蚀介质中 , 陶瓷均呈现出比镁合金基体高得多的化学惰性。如果能够在镁及镁合金基体表面通过表面改性沉积一层致密的陶瓷膜层 , 无疑会大大提高基体的腐蚀电位 , 提高耐蚀性。目前 , 国内外研究人员已经在镁合金基体表面制备了 T iN[ 13] , A lN , CrN[ 14] 以及 A l2 O 3 陶瓷膜层[ 15] , 并获得
镁合金材料的耐蚀性很差 , 严重阻碍了其广泛的工业应用。表面改性技术利用膜层在基体和外界环境之间形成的屏障 , 抑制和缓解基体材料的腐蚀 , 已成为镁合金结构材料防护最有效、最简便的防护技术。目前 , 几乎所有的表面处理方法都在镁合金上作过尝试 , 但都存在着不尽如人意的地方。例如 , 电化学镀涂层与基体的结合力差 , 容易剥落 , 而且对环境的危害较大 , 废弃物处理成本高 ;阳极氧化技术制备的膜层疏松、多孔 , 必须进行封闭处理后才能使用[ 1] 。
混合效应使镁合金基体表面发生氧化 , 同时注入粒子进一步轰击所生成的氧化层 , 使得其更加致密 ;另一方面 , 高能注入粒子与镁合金基体进一步相互作用 , 生成具有高耐蚀性的反应产物 , 进一步提高基体的耐蚀性。
Wu G uo-song 等[ 10] 采用磁控溅射在镁合金 A Z31 表面制备的金属铝层也相应提高了基体的耐腐蚀性。经过 3 .5 % NaCl 溶液浸渍之后 , 金属 Al 膜层将基体本身的 55 .24 μA / cm2 腐蚀电流密度降低至 7 μA /
异。
图 1 钽离子注入前后 AZ31 镁合金腐蚀状况 Fig .1 Co rro sion of A Z31 befor e and after T a ions implanted
通过成分与结构分析发现 , 钽离子注入的 AZ31 镁合金表面可分为两层 , 外层主要由致密的 M gO 组成 , 而内层则由新生成的 T a2A l 相组成。这种结构与钽离子的注入效应密切相关。一方面 , 由于离子注入产生的离子辐射及表面氧化混合效应[ 3] , 使得基体表面能够产生致密的 M gO 膜层 , 轰击密度越高 , 致密氧化层就越厚。正如 Yamamo to 及 T subakino 所研究的一样 , 致密的 M gO 膜层阻止了镁合金基体的表面腐蚀[ 4] 。然而过高的轰击密度反而会降低体系的腐蚀抗力[ 5] , 这主要是由于过高的离子轰击密度会引起氧化物膜层点阵原子的混乱程度加剧 , 从而提高氧化物膜层的电导率 , 导致电化学腐蚀的产生[ 6 -7] 。因此 , 钽离
[ 关键词] 镁合金 ;物理气相沉积 ;表面防护 ;表面改性 ;膜层 [ 中图分类号] T G14 ;TG115 .25 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 1001-3660(2010)04-0094-05
Application and Development Trend of PVD
on the Filed of Magnesium Alloy Surface Protection
WANG Yan-f eng , LI Zheng-xian , DU Ji-hong , WANG Bao-yun (N ort hw est Instit ute fo r Nonfer rous M etal Research , Xi' an 710016 , Chi na) [ Abstract] T his article mak es a comprehensive summary about the research of PVD coatings on t he corrosion resistance of magnesium alloy at home and ab road in recen t years , and pu t forward th at :PV D coatings can imp rove magnesium alloy' s corrosion resistance by redu cing t he corrosion curren t ;T he main cau se of coating' s invalidation is due to the st ructu ral defect s such as pores in the coatings acting as a corrosion channel ;T he corrosion resis tan ce of coating/ subst rate syst em can be enhanced by minimizing t hese defects th rough coating' s st ructu ral design , process paramet ers' op timization and so on . [ Key words] magnesium alloy ;PV D ;surface p rot ection ;su rface modification ;coatings
子的轰击密度存在着一个最优的范围。另一方面 , 注入的钽离子与基体中的 A l 反应生成 T a2 A l[ 8] 化合物 , 它能够进一步阻碍基体中镁原子的扩散与分解 , 而且即使其它元素融入腐蚀溶液 , 钽并不会发生类似反应 , 所生成的 T a2 A l 相仍然具有保护作用[ 9] 。
高能粒子的注入一方面利用粒子辐射与表面氧化
cm2 , 抗腐蚀性能大大提高。但是由于铝是一种两性金属 , 随着浸渍时间的延长 , 金属铝也就慢慢地被腐蚀 , 膜层的保护作用也就相应减弱。
另一类就是在镁合金基体表面制备纯金属镁膜层[ 11 -12] , 通过在镁合金基体表面区域的局部的净化、提纯 , 降低由于杂质元素与基体腐蚀电位不同引起的电偶腐蚀 , 提高镁合金基体的耐蚀性。
表面技术
SURFACE TECHNOLOGY
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A l2O 3 膜层 , 产生自钝化现象 , 保护内部的镁基体不受腐蚀性介质的破坏。
Wang X ue-min 等人[ 2] 研究了钽离子注入 A Z31 镁合金表面的耐蚀性。研究发现 , 当钽离子的注入量达到 5 ×1016 个/ cm2 时 , A Z 31 镁合金的耐蚀性最佳。经过3 .5 %(质量分数 , 后同)NaCl 溶液 2 h 的浸渍试验发现 , 该工艺制备的钽离子注入 AZ 31 膜基体系仅在膜层的边缘出现了少许的点蚀现象 , 而膜层的大部分区域仍保持完好 , 而没有经过钽离子注入的 AZ31 镁合金出现了大面积的腐蚀现象 , 如图 1 所示。