镁合金表面铝涂层研究新进展
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镁合金表面处理的研究现状一.概述镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。
其特点是:密度小、比强度高、刚性好、弹性模量大、消震性好、刚性好、承受冲击载荷能力比铝合金大、刚性好、耐有机物和碱的腐蚀性能好。
主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。
目前使用最广的是镁铝合金,其次是镁锰合金和镁锌锆合金。
主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。
在实用金属中是最轻的金属,镁的比重大约是铝的2/3,是铁的1/4。
但是,镁的应用和研究相对其它金属严重滞后,原因在于其韧性低、高温性能和耐腐蚀性能差,而且加工成形比较困难。
与铝、钛能生成自愈钝化膜不同,镁表面生成的氧化膜疏松多孔,不能对基体起有效保护作用,因此,在潮湿的空气、含硫气氛和海洋大气中,镁均会遭受严重的化学腐蚀,这极大地阻碍了其广泛应用。
通过合金化的方法来改善其性能,特别是期望发现“不锈镁”的努力至今还没有取得进展。
所以,镁合金零件在使用前须经过一定的表面改性或涂层处理。
目前,电化学镀层、转化膜等工艺技术已经应用于镁合金的防护,气相沉积涂层、涂覆、表面热处理等方法也受到密切关注,高能束熔覆等新技术也被尝试应用于镁合金表面性能的提高。
二.表面处理方法1.电镀和化学镀技术镁合金表面镀镍技术分为电镀和化学镀两种。
由于镁合金化学活性高,在酸性溶液中易被腐蚀,因此镁合金电沉积技术与铝合金电沉积技术有着显著的差异。
目前,镁合金电镀工艺技术有两种工艺:浸锌-电镀工艺和直接化学镀镍工艺。
为了防止镁合金基体在酸性溶液中被过度腐蚀,需要在处理前溶液中添加F-(F-与电离生成的Mg2+形成MgF2沉淀,吸附在镁合金基体表面可以防止基体过度腐蚀。
镁合金表面化学镀Ni-P合金是一种很成熟的工艺。
通常化学镀方法制备的Ni-P合金层是非晶态的,这层致密的非晶态Ni-P合金层可以有效地防止镁合金基体被腐蚀。
结合使用化学镀镍技术和滚镀技术可以在镁合金基体上形成一层晶态的Ni-P合金层。
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。
AZ31B镁合金表面激光合金化Al-SiC涂层制备及其性能研究AZ31B镁合金是一种轻质、高强度、高塑性的金属材料,工业应用领域广泛。
然而,由于其在空气中易于氧化,并且易于发生腐蚀、磨损等问题,限制了其进一步应用。
因此,研究AZ31B镁合金表面涂层具有重要的意义。
本文采用激光合金化方法在AZ31B镁合金表面制备了Al-SiC 复合涂层。
该涂层具有较高的硬度和耐磨性,并且能够提高材料的耐腐蚀性能。
制备过程中使用了激光将金属基材和添加剂同时加热到高温,然后将涂层材料熔融在基材表面形成涂层。
研究发现,合金化过程中的反应参数对涂层质量和性能有重要影响,其中激光功率和扫描速度是关键因素。
当激光功率为2.5 kW、扫描速度为600 mm/min时,制备出的涂层具有最佳的硬度和耐磨性。
经过一系列的性能测试,Al-SiC复合涂层具有较好的力学性能和耐蚀性。
在三氯化铁溶液中的腐蚀试验中,可以看到涂层表面出现了少量的氧化物,但仍能保持较好的耐蚀性。
在磨损试验中,使用球盘式磨损试验仪对涂层进行磨损性能测试,结果表明涂层的磨损体积损失率在0.124×10-5 mm3/N·m左右,远低于未涂覆AZ31B镁合金的磨损体积损失率0.526×10-5 mm3/N·m,说明涂层可以有效提高材料的耐磨性能。
综上所述,AZ31B镁合金表面激光合金化Al-SiC涂层制备具有一定的优越性,并且具有广泛的工业应用前景。
未来可以进一步探究其在汽车、航空、航天等领域中的应用,实现该涂层技术的工业化应用。
本文阐述了AZ31B镁合金表面激光合金化Al-SiC涂层的制备方法及其性能研究。
下面列出一些相关数据并进行分析:1. 涂层硬度经过显微硬度测试,Al-SiC复合涂层的硬度达到了480 Hv,明显高于未涂覆AZ31B镁合金的约40 Hv,表明涂层可以有效提高材料的硬度。
2. 腐蚀试验使用三氯化铁溶液进行腐蚀试验,发现在涂层表面出现了少量的氧化物,但是涂层的耐蚀性仍然较好。
镁合金表面处理技术的最新进展发布日期:2012-10-24 作者:信息中心浏览次数:218核心提示:装饰性及功能性表面处理技术率先打入镁合金及高增值产品市场。
由于镁合金极其活跃,表面常有一层氧化物,因此,镁合金的表面处理有一定的难度。
必须采用特殊的处理方法。
现有的表面处理技术并不成熟,往往使合金表面很粗糙及使用大量非环保的化学品。
近年来镁合金先进表面处理技术有新的发展。
装饰性及功能性表面处理技术率先打入镁合金及高增值产品市场。
由于镁合金极其活跃,表面常有一层氧化物,因此,镁合金的表面处理有一定的难度。
必须采用特殊的处理方法。
现有的表面处理技术并不成熟,往往使合金表面很粗糙及使用大量非环保的化学品。
近年来镁合金先进表面处理技术有新的发展。
所发展的技术包括电镀、转化层以及阳极氧化三部分。
镁合金的表面处理主要在于改善产品的外观以及提高耐磨损与防腐蚀性能,其功能有以下几点:(a)装饰表面;(b)形成一层保护层以防止镁合金暴露于空气中;(c)填补及修饰压铸件的表面小孔;(d)增加镁合金底材与有机涂层间的附着力;(e)改善耐磨损性能;(f)隔绝镁合金与其它金属接触以防止电化学腐蚀。
当选择适当的表面处理工艺时,必先要考虑产品的需要,如表面导电性、耐磨性、产品应用环境以及所选择镁合金材料的其他成分等等。
镁合金表面处理技术就是针对以上各项要点。
1 电镀镁合金电镀主要分成两类,一是在合金活化后直接进行无电沉镍;另一方面,亦可经沉锌后,然后再予以电镀。
有关流程如下:直接无电沉镍法除油→酸洗→活化1→活化2→无电沉镍→热处理→电镀铜→其他电镀除油→酸洗→活化1→活化2→沉锌→电镀铜→其他电镀经过前处理后,镁合金可按产品要求镀上所需的金属,亦可透过真空离子电镀获得更多样化、功能更佳的镀层。
经电镀处理后的镁合金表面最终可达致光亮、导电性佳、附着力良好,并可通过>100小时盐雾测试。
2 阳极氧化镁合金阳极氧化膜的最大优点是坚硬,耐磨性与抗腐蚀性俱佳,并且绝缘。
镁合金表面处理研究现状及发展趋势梁春林,刘宜汉,韩变华,李红兵,吉海滨,姚广春(东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110004) [摘 要] 近年来,3C 产业迅猛发展,节能环保成为全球关注的焦点,而减轻材料的重量和材料的循环利用是实现环保的重要手段。
镁合金是最轻的工程金属材料之一,它具有良好的比强度、比刚度、可再循环和良好的铸造性能等特点,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。
但镁合金的耐蚀性差,严重阻碍了它的工业应用。
因此,镁合金的表面防护处理极为重要。
现在镁合金的表面处理工艺多种多样,良莠不齐。
为了探索镁工业表面处理的最佳工艺,按照表面改性和表面涂层两大类系统地阐述了当今国内外镁合金表面处理的各种方法及其优缺点。
最后,在综合前述处理工艺的基础上,提出了今后镁合金表面处理工艺的发展趋势。
[关键词] 镁合金;表面处理;表面改性;表面涂层[中图分类号]TG174.4 [文献标识码]A [文章编号]1001-3660(2006)06-0057-04Presen t S itua ti on and D evelop m en t Trend of M g A lloy Surface Trea t m en tL I AN G C hun 2lin,L I U Yi 2han,HAN B ian 2hua,L I H ong 2bing,J I H a i 2bin,Y AO G uang 2chun(Material and Metallurgy College,Northeast University,Shenyang 110004,China )[Abstract] A s 3C industry has being devel oped rap idly recently,energy 2saving and envir onment p r otec 2ti on have been the worldwide focal point .Reducing weight and cyclical utilizati on of martial are the best meth 2ods .Magnesiu m all oy is one of the lightest engineering materials .It has been na med the 21century green struc 2tural metallic materials and has extensive app licati on p r os pect f or its characteristics such as s pecific strength,s pecific rigidity,recirculati on,better casting p r operty and s o on .But the industry app licati on of magnesium al 2l oy is severely li m ited f or its l ow corr osi on resistance .So the p reventive dis posing on the surface of magnesiu m all oy is very i m portant .Now,there are many kinds of surface treat m ent technol ogies ofMg all oy .I n order t o ex 2p l ore the op ti m al technol ogy of surface treat m ent,many methods of surface treat m ent f or magnesiu m all oy are re 2vie wed and res pective characteristic at home and board are discussed .Es pecially surface modificati on and sur 2face coating are e mphasized t o be analysed .I n the end the devel opment trend of magnesiu m all oy in future is al 2s o given basing on the f or mer methods .[Key words] Mg all oy;Surface modificati on;Surface treat m ent;Surface coating[收稿日期]2006-07-24[作者简介]梁春林(1979-),男,四川巴中人,硕士,研究方向:镁合金表面处理工艺。
镁合金表面自修复防护膜层的研究进展探寻摘要: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。
2常用镁合金表面自修复防护膜层整理2.1外援型自修复膜层2.1.1氧化还原反应此类防护膜的自修复原理在于,膜层在发生破坏问题后,膜层当中的部分金属离子会基于外部条件发生氧化还原反应,从而在破损位置形成新的防护层,起到自修复作用。
从目前的应用情况来看,常用的自修复膜层材料有铬酸盐、钒酸盐等,以钒酸盐为例,其自修复过程如下:镁合金应用在比较潮湿的环境中,在面漆遭到破坏之后,此时环境中的水体会扩散到涂层当中,此时底漆中的铬酸盐在接收到含水信号后会开始对外释放抑制剂,以此来起到修复涂层的作用。
镁合金部件冷喷涂纯铝防腐蚀涂层在舰载机上的应用研究镁合金容易腐蚀的特性影响了其在舰载机上的广泛应用,在镁合金部件表面冷喷涂纯铝涂层,结合强度高、硬度高,解决了镁合金容易腐蚀的问题,并且避免了常用表面处理方法的局限性,具有较好的经济效益和军事效益。
标签:镁合金;腐蚀;冷喷涂;舰载机镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料,被誉为“21世纪绿色工程材料”,其密度小重量轻,仅为铝合金重量的35%,比强度、比刚度、阻尼容限高,在航空航天领域有着较好的应用价值。
我国已进入航空母舰时代,舰载机作为航空母舰上最主要的作战武器,备受关注。
镁合金有着许多可用于舰载机的特性,但是镁合金耐腐蚀性差,一些应用在镁合金表面的防腐措施也存在一定的局限性,造成镁合金在舰载机上的应用并不多。
而镁合金部件冷喷涂纯铝防腐蚀涂层是一种较好的措施,开展这方面的研究对我国现阶段舰载机的发展具有重要意义。
1 镁合金在舰载机上应用的意义镁合金在军用飞机上的应用有着比较好的基础,已经应用于飞机的各种壁板、整流罩、框架、翼尖、尾面、副翼及油箱等,以及发动机的零部件、螺旋桨、齿轮箱、支架结构、各种发动机箱体等,成功的例子很多。
表1为美军各型号飞机使用镁合金的情况[1],图1为美军B-36重型轰炸机镁材料使用部位[2]。
可以说,镁合金在军用飞机上的应用有着很好的基础,而舰载机的特殊性也对镁合金有着很大的需求。
减轻自身重量是舰载机的重要发展方向之一,而纯镁的密度为1.74g/cm3,约为铝合金的2/3、锌合金的1/3、钢铁的1/4、钛合金的2/5。
在舰载机上使用镁合金减轻的重量,可以缩短飞机起降距离、提高的机动性能;可以更多地携带燃油,加大作战半径;可以增加携带弹药的数量,提升战斗力。
战斗机质量若减轻15%,可缩短飞机滑跑距离15%,增加航程20%,提高有效载荷30%;喷气发动机结构减重1公斤,飞机结构可减重4公斤,升限高度可提高10米[3]。
舰载飞机在着舰阻拦、起飞弹射时,都有较大的振动,而镁合金减震性能优良,可以使舰载机承受更大的振动载荷。
综述·专论镁合金的应用及其表面处理研究进展慕伟意,李争显,杜继红,奚正平(西北有色金属研究院,西安710016) [摘 要] 镁合金质轻,具有许多优良的性能,应用日益受到关注,但耐磨、耐蚀性差却制约着其广泛应用,需进行合适的表面处理以提高防护性能。
综述了镁合金的主要应用及其表面处理研究的进展。
目前,镁合金已广泛应用于汽车、电子、航空、航天等领域,所采取的表面处理方法主要有化学处理、阳极氧化、金属涂层、有机涂层、微弧氧化等,重点介绍了镁合金微弧氧化的研究进展,并基于在这方面所做的研究工作分析了今后镁合金微弧氧化研究的发展趋势。
最后,提出了今后镁合金表面处理研究的发展方向。
[关键词] 镁合金;耐蚀性;表面处理;微弧氧化[中图分类号]TG174.4;TG146.2 [文献标识码]A [文章编号]1001-3660(2011)02-0086-06Application and Surface Treatment Research Progress of Magnesiu m AlloysMU W ei -yi ,LI Zheng -xian ,DU Ji -hong ,XI Zheng -ping(No rthw est Institute for Nonferrous Me tal Research ,Xi 'an 710016,China )[Abstract ] M agnesium (M g )alloys are promising materials for a number of applications due to their combination of low density and lots of excellent properties ,however ,the relatively high corrosion susceptibility and poor wear resist -ance of M g alloys prevent thei r widespread use in many fields ,it is necessary t o utilize suitable surface t reatment to pro -mote t heir properties .T he application and surf ace t reat ment research prog ress of M g alloys are described .U p t o date ,M g alloys are being increasingly applied to various indust ries like auto ,elect ron ,aviation and spaceflight ,etc .,a good number of surface modification procedures such as chemist ry t reatment ,anode oxidation ,micro -arc oxidation (M A O ),et c .have been developed and used wi th a reasonable deg ree of success in different applications .The progress of t he M AO t reatment on M g alloys are emphasized to be introduced ,t he development t rend of the M A O treatment on M g al -loys in f uture is analysed basing on the aut hor 's research w ork about the M AO t reatment on M g alloys ;In the last part of the paper ,the prospect of surface treatment research and development of M g alloys in fut ure is present ed .[Key wor ds ] magnesium alloy s ;corrosion resist ance ;surf ace t reatment ;micro -arc oxidation[收稿日期]2011-01-12;[修回日期]2011-02-19[作者简介]慕伟意(1974-),男,江西人,博士,工程师,主要研究方向为金属材料表面改性及涂层、微弧氧化技术。
第52卷第11期表面技术2023年11月SURFACE TECHNOLOGY·1·专题——超疏水涂层及其应用镁合金表面防腐蚀超疏水涂层制备研究进展王华,刘艳艳(大连理工大学 化工学院,辽宁 大连 116024)摘要:镁合金是一种有发展前途的绿色工程金属材料,但其较差的抗腐蚀性能限制了它的大规模应用。
对镁合金表面进行超疏水处理,能够极大地提高镁合金的耐腐蚀性能。
当超疏水试样浸泡在腐蚀溶液中时,该结构将在腐蚀介质中形成固-气-液界面层,减少镁合金表面与腐蚀介质之间的接触面积,从而降低腐蚀速度。
超疏水表面需要满足微纳米结构和低表面能2个必要条件。
可以采用二步法或一步法在镁合金表面制备超疏水表面,详细介绍了在镁合金表面构造微纳米结构的方法,包括激光处理、机加工、化学刻蚀、化学镀、电化学沉积、阳极氧化、微弧氧化、水热合成和喷涂等方法。
超疏水表面一旦受到机械损伤,微纳米结构无法满足条件,超疏水表面的“气垫效应”消失,腐蚀介质就会直接与微纳米结构接触,因此需要保证构建的微纳米粗糙结构对镁基体具有良好的保护作用并具有自愈功能。
通过制备复合涂层,提高下层微纳米结构的自愈合性能,上层涂层的超疏水性与下层涂层的良好物理屏障能力的协同效应可以改善涂层的长久耐腐蚀性能。
综述了在镁合金上制备具有良好耐腐蚀性能的复合超疏水表面的方法,并对镁合金超疏水表面防护技术的研究方向进行了展望。
关键词:镁合金;表面处理;自愈合涂层;超疏水涂层;耐蚀性中图分类号:TG174 文献标识码:A 文章编号:1001-3660(2023)11-0001-22DOI:10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.11.001Research Progress in the Preparation of Anti-corrosionSuperhydrophobic Coatings on Magnesium AlloysWANG Hua, LIU Yan-yan(School of Chemical Engineering, Dalian University of Technology, Liaoning Dalian 116024, China)ABSTRACT: Magnesium alloy is a promising green engineering metal material, but its poor corrosion resistance limits its large-scale application. The corrosion resistance and service life of magnesium alloy can be improved by surface treatment. The surface protection technology of magnesium alloy includes electrochemical method (micro-arc oxidation, electrodeposition), chemical conversion method and organic coating protection method. Superhydrophobic surfaces have great application prospects in daily life, industry and agriculture because of their self-cleaning, oil-water separation, anti-icing and anti-corrosion properties. Superhydrophobic treatment of magnesium alloy surface can greatly improve the corrosion resistance of magnesium alloy. Superhydrophobic surfaces refer to surfaces with a contact angle greater than 150° and a sliding angle less than 10°. When the superhydrophobic sample is immersed in the corrosive solution, the structure will form a solid-gas-liquid interface layer in the corrosive medium, reducing the contact area between the magnesium alloy surface and the corrosive medium, thereby reducing the corrosion rate.收稿日期:2023-09-27;修订日期:2023-11-06Received:2023-09-27;Revised:2023-11-06引文格式:王华, 刘艳艳. 镁合金表面防腐蚀超疏水涂层制备研究进展[J]. 表面技术, 2023, 52(11): 1-22.WANG Hua, LIU Yan-yan. Research Progress in the Preparation of Anti-corrosion Superhydrophobic Coatings on Magnesium Alloys[J]. Surface·2·表面技术 2023年11月The superhydrophobic surface needs to meet the two necessary conditions of micro and nano structure and low surface energy. Superhydrophobic surface can be prepared on the surface of magnesium alloy by two-step method or one-step method.The two-step method for preparing superhydrophobic surface of magnesium alloy generally means that micro and nano structures are constructed on the alloy surface first, and then low surface energy modification is carried out. One step method means that both roughness and low surface energy can be achieved simultaneously on the surface of magnesium alloy. This paper describes in detail the methods of constructing micro and nano structures on the surface of magnesium alloy, including laser treatment, machining, chemical etching, electroless plating, electrochemical deposition, anodic oxidation, micro-arc oxidation, hydrothermal synthesis and spraying. Low surface energy materials for preparing superhydrophobic surfaces include long-chain fatty carboxylic acid, fluorosilane, Long chain alkyl silanes, polydimethylsiloxanes and polypropylene (PP), etc.Common carboxylic acids include stearic acid (SA), myristate acid (MA), lauric acid (dodecanoic acid, LA), octadecyl-phosphonic acid, perfluorocaprylic acid, oleic acid, etc. Fluorosilane include 1H,1H,2H,2H-Perfluorodecyltriethoxysilane (FAS), 1H,1H,2H,2H-Perfluorodecyltrimethoxysilane (PFDTMS), 1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltriethoxysilane(PFOTES), Hexadecy-ltrimethoxysilane (HDTMS) , etc.However, when the superhydrophobic surface is used for anti-corrosion, once the superhydrophobic surface is damaged, the "air cushion effect" of the superhydrophobic surface will disappear, and the corrosive medium will directly contact the micro and nano structure. Therefore, in this case, it is also necessary to ensure that the constructed micro and nano rough structure hasa good protection effect on the magnesium matrix. To this end, it is necessary to develop composite coatings to improve theself-healing properties of the micro and nano structures and the corrosion resistance of the coating under the superhydrophobic surface. The synergistic effect between the superhydrophobicity of the upper coating and the good physical barrier ability of the lower coating can improve the long-term corrosion resistance of the coating. Due to the layered structure of LDH, the synergistic effect of superhydrophobic effect and chloride ion exchange performance can improve the corrosion resistance of the coating, so there are more superhydrophobic composite coatings prepared together with LDH coatings. It has been studied that the combination of micro-arc oxidation coating (PEO) and layered double hydroxide (LDH) can not only seal the micropore defects on the PEO film, but also enable the composite film to have self-healing function when loaded with corrosion inhibitors.Furthermore, surface superhydrophobic modification can greatly improve the long-term corrosion resistance of the composite coating. In this paper, the anticorrosive mechanism of superhydrophobic surface is introduced, and the method of preparing superhydrophobic surface with good corrosion resistance on magnesium alloy is reviewed. The research direction of superhydrophobic surface protection technology for magnesium alloys is also prospected.KEY WORDS: magnesium alloy; surface treatment; self-healing coating; superhydrophobic coating; corrosion resistance镁合金由于其密度低,吸振性、电磁屏蔽和可加工性优良,作为有发展前途的绿色工程金属材料,在汽车、航天、计算机、电子工业等有广泛应用[1-3]。
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。
0 引 言镁合金具有轻质、高强、环保、易于加工回收等许多优点且镁在地壳中储量丰富,因而受到世界各国政府的关注和重视。
然而,镁及其合金的耐蚀性能极差,大大限制了它的进一步应用。
镁合金耐蚀性差的主要原因有两个:一是由第二相或杂质元素引起的电偶腐蚀;二是由于在Mg 合金表面形成的氧化膜(Mg O )的摩尔体积比纯Mg 或Mg 合金的摩尔体积小,即其P 2B比(Pilling 2Bed worth Rati o )小于1[1],所形成的氧化膜将处于拉应力状态,当膜厚度达到一定值时将产生断裂,不能形成致密的保护膜有效地保护基体。
目前,控制镁合金腐蚀的途径也主要有两个:一是提高镁合金自身的耐腐蚀性能;二是通过表面改性提高镁合金的耐蚀性能。
提高镁合金的纯度或开发出高耐蚀性能的新型镁合金往往成本高且效果有限,因此防止镁及镁合金腐蚀最有效、最简便的方法是对其进行表面涂层处理。
镁合金所采用的表面涂层处理措施主要有化学转化、阳极氧化、微弧氧化、气相沉积、离子注入、化学镀及电镀等。
然而,这些方法在处理条件、膜层结构、环境保护、经济成本等方面存在诸多缺陷[226],那么寻找一种既经济环保又高效可行的镁合金表面涂层技术就是急需解决的问题了。
镁合金表面铝涂层技术正是在这样的背景下应运而生的。
镁合金表面铝涂层之所以是一种非常有应用前景的新技术,这是因为镁合金表面铝涂层具有许多其它涂层所不具有的优点:1)铝的氧化膜A l 2O 3致密坚硬,且在大气中有自修复性。
2)铝是镁合金中常见的合金元素,它的加入不会增加镁合金回收利用的成本。
3)铝与镁形成的金属间化合物可以作为一种较好的耐蚀和耐磨层。
4)在常见金属中A l 与Mg 的化学位最接近,因此二者形成腐蚀原电池破坏性最小。
5)提高含铝镁合金中的铝含量可以成倍甚至十几倍地增加镁合金的耐蚀性能,而镁合金表面的铝涂层在扩散过程中正好很大程度上提高了镁合金表面的铝含量,使表面的镁合金本身的耐蚀性能大大提高[627]。
基于镁合金表面铝涂层的以上优点,国内外致力于提高镁合金耐蚀性能的材料工作者纷纷展开了多种多样铝沉积工艺的研究,并取得了一定的成果。
1 镁合金表面铝涂层的制备方法1.1 铝粉埋覆扩散法20世纪末,Shige mastu I 等人[8]最早报道了1种镁合金表 Vol.36 No.5 O ct.2007 SURFACE TECHN OLO GY面铝涂层制备方法。
该方法是用A l粉将AZ91D镁合金覆盖,并在惰性气氛下,450℃保温1h进行热处理,然后在炉内冷至100℃以下,可在镁合金表面形成厚度为750μm的A l2Mg中间过渡层。
铝在镁表面氧化为A l2O3,由X射线分析可知,表面层主要由镁基体和β(Mg17A l12)组成,镁合金表面的显微硬度由60HV(镁合金)提高到160HV(表面渗铝合金层)。
由于热处理温度超过了Mg/M g17A l12的共熔温度(437℃),金属间化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。
Zhang M X等人对上述方法进行了改进。
他们使用A l、Zn混合粉末代替纯A l粉末,二者的配比为70%A l+30%Zn。
由于Zn的熔点更低,所以混合粉末比纯A l粉的熔点应该要低。
然而实际上虽然热处理的温度降低至430℃,但保温时间却延长至12h。
这样热处理的合金层内产生热裂纹的可能性减少,而添加的Zn能提高合金的硬度和对Fe、Cu和N i的容量,从而降低腐蚀速度[9]。
Shige mastu I等人[8]的研究开创了镁合金的表面防腐涂层研究的新思路。
当然,从他们报道的研究结果来看,这种作为防腐涂层的渗铝层除了略微提高了镁合金的表面硬度外,并没有能够明显改善镁合金耐蚀性能的迹象,也许这也是为什么作者没有进行后续的耐蚀性能的测试的原因所在。
1.2 铝粉刷涂埋覆扩散法在Shigemastu I等人[8]的研究基础上,北京航空航天大学的朱立群及澳大利亚昆士兰大学的宋光龄对铝粉埋覆扩散法进行了改进[10],并全面和深入地研究了扩散涂层的形成温度、涂层的特性、涂层的耐蚀机理等问题。
朱立群等人的创新之处在于,在埋覆铝粉之前,在经去离子水和丙酮清洗过的AZ91D镁合金的表面刷涂一层铝2乙二醇胶状物质。
他们认为这种铝2乙二醇胶状物质比干的铝粉与镁基体有更好的接触,且镁对乙二醇是无活性的,在加热至200℃时乙二醇便以蒸汽的形式蒸发出来,不会对涂层带来负面影响,从而降低扩散的温度或得到更加均匀的扩散铝涂层。
经刷涂并埋覆的样品在420℃保温1.5h再经过48~72h盐雾实验后出现蚀点,其耐蚀性远远优于未经处理的AZ91D镁合金。
另外,他们在对比实验中发现,当热扩散的温度低于400℃时,所得的样品表面灰暗,而在400℃以上热扩散的样品表面则光亮得多。
研究者进一步指出,这种表面的色泽正好反应了扩散涂层是否形成。
他们用实验证明300℃以下根本没有形成任何扩散铝涂层;360℃时开始有扩散铝涂层出现,但不明显;400℃时涂层已经比较明显,但分布不均匀;410℃时形成了均匀的扩散铝涂层;而当温度提高到420℃时表层微区有熔化迹象。
1.3 火焰喷涂热扩散法重庆工学院的张津等人[11213]于2002年开始了镁合金防蚀铝扩散涂层研究。
该方法是通过火焰热喷涂技术,在镁合金表面形成一层铝涂层,在不同的温度下进行热扩散,使M g、A l原子在界面处发生扩散,以获得致密、均匀且与基体结合良好的涂层。
研究者首先对AZ91D镁合金进行了脱脂、去油以及喷砂等预处理,然后在惰性气氛的保护下热喷铝,喷铝层的厚度约为100~150μm,最后在430~450℃保温1h进行热扩散。
对喷涂加热扩散的样品进行显微组织观察、X射线衍射及电子探针分析发现,在AZ91D镁合金的表面,形成了有A l2O3、A1、Mg17A l12和Mg等组成的冶金结合层。
热震实验结果表明在各个温度(150~400℃,每隔50℃连续加热和冷却)下涂层均未出现起皮现象,证明喷铝扩散层与基体结合牢固,且已大大超过标准规定的要求数值。
从涂层至基体进行显微硬度测试发现,表面硬度相对基体硬度提高了100HV左右。
而将具有铝熔融扩散的AZ91D试样表面封闭处理后按I S O378621976标准进行中性盐雾腐蚀性试验,结果48h中性盐雾试验后的样品表面完好。