镁合金化学转化膜的研究进展

DOI: 10.19289/j.1004-227x.2020.23.008 AZ91D镁合金无铬化学转化膜的性能王向荣（上海市普陀区绥德路789号，上海200331）摘要：采用由钛盐、无机酸和有机酸组成的溶液，在AZ91D镁合金表面制备了无铬化学转化膜。

用附带能谱仪的扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪研究了转化膜的形貌和成分，通过极化曲线和盐雾试验评定转化膜的耐蚀性，采用划格试验检测转化膜的结合力，考察了不同pH的化学转化溶液在0 °C和40 °C条件下的稳定性。

结果表明，所得到的灰白色化学转化膜主要成分为铝、镁和钛，其耐蚀性和结合力良好，最佳的pH范围是5.5 ~ 6.5。

关键词：铸造镁合金；无铬化学转化膜；耐蚀性；结合力中图分类号：TG178 文献标志码：A 文章编号：1004 – 227X (2020) 23 – 1643 – 05 Properties of chromium-free conversion coating on AZ91D magnesium alloy // WANG XiangrongAbstract: A chromium-free chemical conversion coating was prepared on the surface of AZ91D magnesium alloy in a solution composed of titanium salt, inorganic acid, and organic acid. The morphology and composition of the conversion coating were studied by scanning electron microscope (SEM) with energy-dispersive spectrometer (EDS) and X-ray photoelectron microscope. The corrosion resistance of the conversion coating was evaluated by polarization curve measurement and salt spray tests. The adhesion strength of the conversion coating was examined by cross-cut test. The stability of the chemical conversion solution with different pHs at 0 °C and 40 °C was investigated. The results showed that the main elements of the gray-white chemical conversion coating are Al, Mg, and Ti. The corrosion resistance and adhesion strength of the coating are good. The optimal pH range of the chemical conversion solution is 5.5 to 6.5.Keywords: die-cast magnesium alloy; chromium-free chemical conversion coating; corrosion resistance; adhesion Author’s address: No.789 Suide Road, Putuo District, Shanghai 200331, China由于镁在地球上的含量丰富，而且镁在工程金属中最显著的特点是质量轻，还具有比强度高、比刚度高、减震性能好、抗辐射能力强等一系列优点，因此开发利用镁合金产品是当今世界发展的潮流。

镁合金化学转化膜成膜机理及其载波改性的研究的开题报告一、选题背景和意义随着现代工业技术的发展，轻量化、高强度、耐腐蚀等性能需求日益突出，镁合金作为新型轻质材料在航空、汽车、船舶、电子等领域有着广泛的应用前景。

但是，由于镁合金表面活泼，易氧化，加之镁合金特有的晶格结构和物理化学性质，导致在镁合金的加工、表面涂装等过程中，常常会出现膜层附着不牢固、生产效率低下、耐腐蚀性差等问题。

针对镁合金表面化学转化膜的形成机理及其性能改善问题，国内外研究者已经展开了广泛的研究。

目前已经发现了阴离子转化、阳离子转化、微电弧氧化等多种化学转化方法，并且取得了一定的进展。

然而，现有的化学转化方法存在着成膜速度慢、成膜温度高、成膜均匀性差等问题，限制了这些技术的实际应用效果。

因此，本文选取镁合金的化学转化膜成膜机理及其载波改性作为研究对象，旨在探究化学转化膜成膜机理及其存在的问题，进一步寻找优化方案，提高成膜速度、降低成膜温度、提高成膜均匀性，以提高材料的实用价值。

二、研究内容和方法研究内容：基于镁合金表面化学转化膜的成膜机理及其存在问题，对化学转化膜的成膜速度、成膜温度、成膜均匀性等进行研究，并探究表面载波对成膜性能的影响。

研究方法：1.采用SEM、AFM等表征技术对样品表面形貌、成分等进行分析。

2.采用电化学测试技术对样品表面性能进行评估。

3.采用复合载波技术及其他改良方案提高化学转化膜的成膜速度、降低成膜温度、提高成膜均匀性。

三、预期研究结果1.在化学转化膜成膜机理方面，进一步探究和发现镁合金表面化学转化膜的形成机理，揭示成膜过程中表面活性位点和离子交换机制的作用。

2.在化学转化膜改性方面，通过载波改性及其他改良方法，提高化学转化膜的成膜速度、降低成膜温度、提高成膜均匀性等性能，改善镁合金在工业应用中的使用效果。

3.本研究的成果将为解决目前化学转化膜技术在工业应用中存在的问题提供新思路和方案，具有一定的理论与实用价值。

镁合金表面化学转化膜研究进展摘要：总结镁合金表面化学转化膜的研究现状，介绍铬酸盐转化膜、锡酸盐转化膜、磷酸盐/高锰酸盐转化膜、稀土转化膜、植酸转化膜和钥酸转化膜的处理工艺，讨论磷酸盐/高锰酸盐转化膜的成膜机理，分析各种化学转化膜的优缺点，展望今后镁合金表面化学转化膜的发展方向。

关键词：镁合金；化学转化膜；腐蚀防护；磷酸盐0引言镁合金具有密度小、比能量大、强度高和电磁屏蔽性能好等优点，广泛用于汽车、航天电子通信和工程结构材料等领域[1]。

但纯镁的标准电极电位非常负(-2.37 V，vs SHE)，其腐蚀电位因介质而异，一般在-1.65～+0.5V之间[2]。

大部分镁合金性质活泼，容易在各种使用环境中被腐蚀，极大地限制了镁合金的开发与应用。

适当的表面处理能够极大地改变镁合金的耐腐蚀性能，扩大镁合金的使用范围[3]。

镁合金的表面处理方法很多，如电镀或者化学镀、金属涂层、阳极氧化、化学转化膜处理、激光处理和离子注入等[4-6]。

镁性质活泼，MgO会在合金表面迅速形成，阻碍沉积金属与基底形成金属键；基底的空隙和夹杂会成为镀层空隙的来源，使得金属涂层质量欠佳：镁在普通镀液中与其他金属离子的置换反应十分强烈，导致置换层松散无力[3]。

激光处理和离子注入等制备的涂层耐蚀性能优越，但生产设备昂贵，成本过高，工件形状尺寸受到限制[2]。

阳极氧化或微弧氧化膜具有很高的硬度和良好的耐蚀性，但设备占地大，投资较大，能耗高，膜层空隙率高，难以大规模推广应用。

化学转化膜法也称为化学氧化法，是使金属工件表面与处理液发生化学反应，生成一层保护性钝化层，化学氧化法生成的氧化膜比自然形成的保护膜有更好的保护效果，是提高镁合金防蚀性能最常用、最有效的方法。

与阳极氧化处理工艺相比，化学转化膜比较薄(0.5~3.0rtm)，可用于保护涂料的基底，尤其适用于在特定环境下的防护，比如运输或储存过程中镁的防护和镁合金机械加工件表面的长期防护；而且化学转化膜工艺设备简单，投资少，处理成本低，并能够显著提高镁合金的腐蚀抗力，在镁合金表面处理中占较大比例[5-6]。

镁合金表面化学转化膜研究进展作者：宋婷婷李旭赵旭鹏来源：《硅谷》2011年第10期摘要：综述镁及镁合金的各种化学转化方法，包括铬酸盐转化膜、磷酸，高锰酸钾转化膜、锡酸盐转化膜、稀土转化膜、钴酸盐转化膜、氟锆酸盐转化膜等。

总结镁合金防护中化学转化膜的发展趋势。

关键词：镁合金；转化膜；腐蚀中图分类号：TG174 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0520007－011 绪论作为地球上最轻的金属结构材料，镁及其合金具有许多优良的特性。

镁的比强度很高，密度约为铝的2/3，铁的1/4；镁还具有良好的导热、导电性、尺寸稳定性、电磁屏蔽性、机加工性能以及再循环利用的性能。

这些特性使其成为汽车工业、航空工业及电子工业中首选的结构材料。

然而，镁及其合金的耐腐蚀性能较差一定程度上限制了它的应用。

因此提高镁及镁合金的抗腐蚀性显得至关重要。

目前，提高镁及其合金的耐蚀性主要有以下几种方法：通过降低镁合金中的“危害元素”铁、镍、铜、钴等的含量；采用快速凝固技术，增加有害杂质的固溶极限，使表面的成分均匀化，从而减少局部微电偶电池的活性，同时还能形成玻璃态的氧化膜。

对镁合金进行表面涂层处理，利用涂层在基体和外界环境之间形成的屏障，抑制和缓解镁合金材料的腐蚀。

其中第三种是防止镁及镁合金最简便有效的方法。

为了确保涂层能附着良好且具有自修复能力，必须在涂层前进行预处理，使涂层和基体具有较好的附着力。

而化学转化膜是涂层前预处理的一项重要手段，可以增强镁合金表面涂层处理时的附着力。

2 盐类化学转化膜镁及镁合金的化学转化膜中以无机盐类居多，目前国内外应用的主要有铬酸盐转化膜、磷酸盐转化膜、稀土金属盐转化膜、锡酸盐转化膜以及高锰酸钾转化膜，他们各自具有自己的优缺点，工业上通常根据他们的特点，选择转化膜种类。

1）铬酸盐转化膜。

进行铬酸盐处理的镁合金在表面形成可形成铬基体金属的混合氧化物膜层，可以得到白、金黄、棕和黑色的铬酸盐膜。