下载文档原格式
镁合金表面处理技术及其耐蚀性能研究镁合金是一种重量轻、高强度的金属材料，因此在各个领域中得到了广泛应用。
然而，由于其在大气环境中容易受到腐蚀，使得其耐用性和可靠性受到一定的影响。
为了提高镁合金的耐蚀性能，各种表面处理技术被广泛研究和应用。
下面将从常见的几种表面处理技术入手，介绍它们对镁合金耐蚀性能的影响。
一、阳极氧化阳极氧化是一种常见的表面处理技术，通过在金属表面形成一层氧化膜以提高其表面性能。
在镁合金表面上，氧化膜可以增加金属表面的硬度和耐磨性，同时也可以提高其防腐蚀性能。
然而，由于氧化膜是一种多孔材料，且氧化膜的密度和厚度也会影响其性能。
因此，氧化膜的质量和厚度需要得到控制，才能够发挥出其最佳的防腐蚀性能。
二、化学转化处理化学转化处理是利用化学反应在镁合金表面产生一种保护膜的技术。
常见的方法包括磷化、钝化和转化膜等。
这些保护膜具有良好的耐蚀性能，可以更好地保护镁合金表面不受到腐蚀的影响。
三、喷涂处理喷涂处理是将一种防腐涂料喷涂在镁合金表面上，以形成一种保护膜的技术。
这种方法具有一些优点，如简单和易于实现，同时也可以在较短的时间内形成保护层，有效提高镁合金表面的耐蚀性。
然而，由于镁合金表面的特殊性质，这些表面处理技术仍需要加以改进和优化。
例如，喷涂处理中的涂料选择需要注意其与镁合金表面的相容性，使得涂层可以牢固地附着在表面并保持长时间的防腐蚀性能。
同时，氧化膜的质量和厚度也需要加以监控和控制，才能够在镁合金的使用过程中发挥最好的防腐蚀性能。
总而言之，表面处理技术是提高镁合金表面耐蚀性能的主要手段之一。
通过选择适当的表面处理技术，可以有效减少镁合金的腐蚀损失，延长材料使用寿命，并且在各个领域中得到更加广泛的应用。
随着技术的不断发展和优化，相信未来会有更多更好的表面处理技术出现，推动镁合金材料的更进一步发展。
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。
镁合金化学转化膜的耐腐蚀性能研究作者：***来源：《现代盐化工》2021年第01期摘要：在密度、强度以及刚度等方面，镁合金有一定的优势，因此被大量应用在航空航天、汽车以及机械等领域，在日用品以及通信器材中的应用也得到了良好的发展。
然而，性质活泼的镁合金极易受到环境的腐蚀，因此，一直无法加强对其的开发使用。
近几年，以往在化学转化阶段采用的处理方法中出现了各种问题，大部分学者在化学转化阶段采用了无毒植酸这一处理液来处理镁合金表面，但是目前在国内外的突破并不大。
因此，在耐腐蚀性能方面对镁合金化学转化膜进行研究分析，以供参考。
关键词：镁合金;化学转化膜;耐腐蚀性能本研究通过KMnO4和Na3PO4的结合，实现了对化学转化溶液的基本组成，两者质量浓度分别为50、100 g/L，并添加了6 g/L缓蚀剂的缓冲剂，所获取的化学转化膜来自AZ31镁合金，在转化阶段采用植酸处理液，从合金成膜以及耐腐蚀性能方面，对AZ31合金的pH、温度以及转化时间等影响因素进行了分析，并采用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）对其进行观察，得知3.5% NaCl溶液对植酸膜的侵蚀，能够起到愈合的作用。
通过这两种方式能够获取光滑度、致密分布比铬酸膜更好的转化膜。
1 实验材料与方法本研究所采用的合金中包含镁、铝、锌这3种材料，其中，AZ31、AZ91都采用了30 mm×20 mm的规格。
非工作面的自凝固采用了牙托粉和牙托水。
實验工艺按照以下流程：试样、打磨、水洗、无水乙醇除油、水洗、生产化学转化膜、水洗以及干燥。
将水去离子后作为转化处理液，将水浴加热器作为恒温装置，将转化膜浸泡在室温下的水溶液—3.5%的NaCl中进行耐腐蚀性测试。
通过扫描电镜Philips XL30，能够实现对其形貌的观察，并通过对SEM能谱仪的配置，分析了转化膜元素。
1.1 铬酸处理工艺条件：在30 ℃的室温下分别对质量浓度为12、33 g/L的Cr2O3以及NH4H2PO4进行了10 min的处理[1]。
总第172期2010年2月南 方 金 属SOUT H ERN M ETALSSum .172Fabruary 2009收稿日期:2009-09-17基金项目:河南科技大学人才科研基金项目(04015);河南科技大学大学生训练计划(2009001) 作者简介:苌清华(1978-),男,2005年重庆大学冶金专业硕士研究生毕业,讲师.文章编号:1009-9700(2010)01-0021-04温度对镁合金表面化学镀N i P 合金性能的影响苌清华,韩 剑,支二辉,陈艳芳,杨秋菊(河南科技大学材料学院,河南洛阳471003)摘 要:镁合金直接化学镀工艺中温度是影响镀速和镀层质量的最重要因素之一.镀速与温度的变化有一定的关系,温度是影响沉积速度的一个重要因素,但温度对其具体影响我们还没有足够的认识,缺乏基本数据.文章系统地研究了不同镀液温度下产生镀层的速度,并利用扫描电镜观察镀层的表面形貌;能谱分析仪检测镀层表面的N i P 含量,并探索最佳镀液温度.关键词:镁合金;镀液;温度;镀速;表面形貌中图分类号:TQ 153.2 文献标识码:AE ffects of te mperature on the properties of the electroless N i P layer on m agnesi u m alloysC HANG Q i ng hua ,HAN Jian ,ZH I E r hu,i C HEN Y an fang ,YANG Q i u j u(Schoo l o fM ater ials Sc i ence and Eng i nee ri ng ,H enan U n i versity o f Sc i ence and T echnology ,L uoyang 471003,H enan)Abstrac t :T e mperature is known to be one o f t he i m po rtant f ac t o rs a ffecti ng the plati ng rate and t he qua lity of the plated layer in e l ec tro less plati ng on m agnes i u m all oys .The p l a ti ng rate is cruc i a lly dependen t on te m pe ra t ure ,though the spec ifi c re lati onship bet ween the m i s at present unknown ,and re levant experi m ental data are lack i ng .The p l a ting rates at va ri ous te m pe ra t ures w ere i nvesti ga ted ,the p l ated l ayers obta i ned character i zed by means of scann i ng e l ectron m i croscope(SE M ),and the co m pos ition of t he layer exam i ned by energy distri buti on spectroscopy(ED S)i n the article .A n opti m al p l a ti ng bath te m pe ra t ure was thus deter m i ned .K ey word s :m agnesi u m a lloy ;e lectro l ess plati ng ;p l a ting bath te m perat ure ;p l a ti ng rate ;sur f ace lay er m orpho l ogy镁在地壳中的储量较为丰富,约为2 5%,仅次于铝和铁.纯镁是一种银白色金属,化学性质十分活泼,密度为1 74g /m 3,是目前最轻的金属结构材料.在空气中易于氧化而失去金属光泽.它能与许多介质发生剧烈反应而腐蚀[1].镁合金具有重量轻、比强度、比刚度高的特点,因此镁合金作为一种优良的轻质结构材料,被广泛应用于航空航天工业、汽车和电子通讯等领域.目前镁合金应用最主要的限制是它的力学能和耐腐蚀性.为了提高镁合金的耐蚀性能,可以在镁合金表面制备一种具有特殊物理、化学、力学性能的镀覆层,有多种形式的技术和工艺方法,常见的有电镀、电刷镀、热喷涂、热浸镀、熔覆、气相沉积和化学镀等[2].针对目前研究的化学镀镍磷存在工艺不稳定、镀层质量不佳、成本偏高等问题,本文在传统镁合金化学镀镍方法的基础上,对镀液成分和操作条件进行改进,研究镁合金化学镀镍的沉积机理及化学镀N i P 过程中的温度对镀速和镀层质量的影响.1 实 验1.1 实验方法1.1.1 实验材料实验选用压铸镁合金AZ31B ,其化学成分见表1,样品尺寸30mm 15mm 3mm.表1 A Z31B材料的化学成分% w(Ca)w(A l)w(Z n)w(M n)w(F e)w(N i)w(Cu)w(Si)w(Pb)w(Sn)w(M g) <0.013.261.120.50<0.01<0.01<0.01<0.010.01<0.01Bal1.1.2 实验仪器和设备DZK W D 2型电热恒温水浴锅(温度范围室温+5~100,设定误差为!1%,灵敏度0 3)、H198107笔式酸度计(pH范围:0 0~14 0,pH精度∀0 1p H)、101A 2型电热鼓风恒温干燥箱、电磁搅拌器、电子天平、度计(0~100,!1)、烧杯、量筒、搅棒、滴定管、移液管、锥形瓶、秒表、滤纸、胶带、标签等.1.1.3 化学镀工艺工艺流程:预磨试样#碱洗#水洗#酸洗#水洗#活化#水洗#化学镀#水洗#吹干.1)预磨先用粗砂纸除去表面覆盖物,再用细砂纸打磨,直到表面光亮平滑为止.2)化学除油去除镁合金表面的油脂和污物.3)酸洗除去表面的氧化物、嵌入表面的污垢及附着在表面的金属杂质.4)活化进一步除去表面的氧化物及酸洗后的残留物.5)化学镀镍[3].具体工艺及配方见表2[4].表2 各种溶液的配方及操作条件工艺名称溶液配方操作条件除油丙酮超声波碱洗N aOH25g/L,N a3PO4∃12H2O20g/L,N a2CO320g/L,OP-103m l/L60~70,10m i n,激烈搅拌酸洗C r O3180g/L,KF2g/L,F e(NO3)350g/L室温1m i n,激烈搅拌活化H3PO4(85%)50m l/L,NH4HF2100g/L室温0 5m i n,轻微搅拌浸锌ZnS O4∃7H2O30g/L,K4P2O760g/L,N a2CO35g/L,N aF8g/L(65!3),3m in,p H(10!0.2)化学镀N i PN i SO4∃6H2O20g/L,N a H2PO2∃H2O20g/L,C6H8O7∃H2O(柠檬酸)5g/L,C H3C H(OH)COOH(乳酸)6~14m l/L,NH4H F2(氟化氢铵)10g/L,NH4OH(25%)40m l/L,N aC6H5O7∃2H2O(柠檬酸钠)10g/L,聚乙二醇(稳定添加剂)10m l/L80,p H6.2,装载比1.25d m2/l1.2 试验方法按上述方法准备好5份相同的样品和镀液;将样品放入到盛有镀液的烧杯中;然后将5个烧杯分别放到65、70、75、80、85的水浴锅中进行保温1h;最后得到不同镀液温度下的实验样品.1.3 测试方法1.3.1 化学镀镍磷镀层沉积速度的测定本实验采用称重法来测定镀层的沉积速度,用感量为0 1m g的电子天平称量除油后试样的质量,然后用同样的电子天平称量镀后的试样质量,注意在每步称量前将试样进行清洁和干燥.镀速公式如下:v=m1-m2s H104( m/h)(1)式中,v为镀层沉积速度( m/h);m1为试样镀后质量(g);m2为试样镀前质量(g);s为试样镀覆表面的面积(c m2); P N i合金镀层密度(g/c m3); H为施镀时间(h)[5].1.3.2 镀层微观形貌及组织结构分析本实验采用附带能谱仪的日本电子的JSM 5610LV型扫描电子显微镜观察试样镀层表面的组织形貌和成分分布.2 结果与分析2.1 温度对镀速的影响根据实验及计算结果可以得出镀液在不同温度下的镀速,见表3及图1.表3 不同温度下的镀速镀液温度/镀速/ m∃h-1654.57706.43757.55807.98855.9222南 方 金 属S OUTH ERN M ETA LS2010年第1期图1 镀液温度与镀速的关系温度是影响镀速最重要的因素之一.图1为镀速随温度的变化关系.由图1可见,镁合金化学镀在65 以下反应非常缓慢,而在65~75 范围内,随着温度的增加,镀速明显上升,但是到75 以上,镀速上升趋势减慢,在80 时镀速达到最大值[6],这是由于化学镀镍反应同样遵循A rrhen i u s 公式,即反应速度与温度近似成指函数关系,并且反应需要一定得活化能才能发.继续随镀液温度的升高镀液中气泡大量增加,呈沸腾状,镀层起泡变得粗大且不均匀,整个镀层表面粗糙[7].2.2 对镀层进行表面形貌分析运用JS M 5610LV 型扫描电镜观察不同镀液温度下的镀层形貌,见图2.图2 不同镀液温度下试样镀层表面形貌镀液温度对镀层的表面形貌影响很大,由图2的5个图形可以看出:80 时镀层形貌均匀、细致,麻点少;65 时镀层形貌不均匀、麻点多;70 时镀层形貌比65 稍均匀些,但麻点仍然很多;85 时镀层形貌虽然均匀,麻点也不多,但是却出现了起皮的现象[8].2.3 对镀层进行成分分析(EDS)运用能谱仪分析不同镀液温度下试样镀层的含磷量,得出数据汇总于表4及图3.表4 不同镀液温度下镀层的磷含量镀液温度/ 6570758085w (p)%/8.668.555.2017.067.22图3 镀液温度与磷含量关系(下转第30页)23总第172期苌清华,等:温度对镁合金表面化学镀N i P 合金性能的影响1)含矿建造是一套典型的沉积变质岩组合,如大理岩、石英岩、云母片岩及斜长角闪岩[1].2)含矿层或矿体通常为层状、似层状或透镜状,产状与围岩基本一致.3)成矿的地质时代与围岩基本一致.4)含矿层在剖面中有一定的层位.5)矿石的矿物成分常比较简单,围岩和矿石的矿物成分没有明显不同.通过分析,得出矿体的成矿过程为:原生沉积作用%%%成矿物质的最初聚集形式是现在的矿石形成的物质基础,矿体呈层状、似层状产出;变质作用%%%铁质从含矿岩石向有利部位运移而形成富矿石阶段,这一过程是通过热变质作用来完成的;热液改造作用%%%深部热液物质通过断层活动使成矿元素进一步富集,矿体的品位进一步提高[2].成矿过程可分为三期%%%热水沉积期:是矿床成矿作用的开始阶段,成矿物质由热水沉积作用而存于栾川群地层中;中-低温热液期:是深层含矿热水叠加改造阶段,含矿热水通过断层活动促使成矿元素进一步富集;风化期:为成矿后期,已形成的矿体经过氧化、淋滤作用,使部分原生硫化物形成氧化物、氢氧化物.参考文献[1] 王可南,姚培慧.中国铁矿床综论[M].北京:冶金工业出版社,1992:102-156.[2] 塔塔林诸夫,周超凡.矿床成因论[M].北京:地质出版社,1959:10-71.[3] 燕长海,刘国印.豫西南铅锌多金属矿控矿条件及找矿方向[J].地质通报,2004,23(11):1143-1148. [4] 胡受奚,林潜龙.华北与华南古板块拼合带地质和找矿[M].南京:南京大学出版社,1988:221-263.(上接第23页)镀液温度与镀层的磷含量有一定的关系,由图3可以看出,镀液温度在65~70之间,镀层磷含量随温度的升高,缓慢下降;75时急剧上升; 80达到最大值;大于80时又急剧下降[9].即不同镀液温度下镀层的含磷量不均匀,这会降低镀层的牢固度和硬度,所以要准确控制镀液的温度范围.3 结 论通过以试验及分析,得出以下结论:1)不同镀液温度下生成镀层的速度不同,一定范围内镀速随着温度的升高而增大,在80左右下镀速达到最大,当温度达到80后镀速随温度升高而降低.2)不同的镀液温度下生成的镀层表面形貌不同,65、75下镀层麻点多,在80下的镀层形貌最均匀、细致;85时镀层表面起皮形貌不好.3)不同的镀液温度下所生成镀层的含磷量不同,在75左右下含磷量最低,80左右含磷量最高.综上所述,镀液温度为80时,镀速最高,镀层的表面形貌最均匀、细致,镀层表面的磷含量最高,所以80镀液为镁合金表面镀N i P的最佳镀液温度.参考文献[1] 霍宏伟,李 瑛,王福会.A Z91D镁合金化学镀镍[J].中国腐蚀与防护学报,2002,22(6):14-17.[2] Ambat R,ZhouW.Electroless ni ckel-plati n g on AZ91Dmagnesi u m a lloy:effect o f s ubstrate m i crostru ct ure and p l atingpara m eters[J].Surf Coat T echno,l2004(179):124-134. [3] 徐加有,吴连波,张继红,等.p H值对镁合金化学镀N i2P合金的影响[J].表面技术,2007,36(1):65-67.[4] 徐二领.A Z31B镁合金表面化学镀镍磷[D].济南:山东理工大学,2008:16-23.[5] M eta llic C oati ng s on M eta lli c Substrates-E lectrode.Posited and Che m icall y D epos i ted Coati ngs-R ev ie w ofM e t hods A va ilab l e for T esting A dhesi on[S].SO Standards2819.1980:7-10.[6] 张邦维,胡望宇,王玲玲,等.施镀工艺参数对化学镀沉积速率的影响[J].电镀与环保,1999,19(5):15-22.[7] Shar m a A K,Suresh M R Bho jra j H,e t a.l E lectro lessN i cke l P lati ng onM agnesi u m A ll oy[J].M eta l F i n i sh i ng,1998,96(3):10-18.[8] 倪小平.镁合金及其压铸件的表面处理[J].材料保护,2001,34(9):42-43.[9] 胡文彬,向阳辉,刘新宽,等.镁合金化学镀镍预处理过程表面状况的研究[J].中国腐蚀与防护学报,2001,21(6):34-44.30南 方 金 属S OUTH ERN M ETA LS2010年第1期。
镁合金表面防腐蚀处理研究王芬，康志新，李元元（华南理工大学金属新材料制备与成型重点实验室，广东广州510640）摘要：综述了近年来镁合金表面防腐蚀处理的方法，主要有化学转化膜、阳极氧化、金属涂层、有机涂层、有机镀膜、气相沉积、快速凝固等，并对镁合金表面处理的发展方向进行了探讨。
关键词：镁合金；腐蚀；金属涂层；阳极氧化；有机镀膜1前言镁合金优异的物理和机械性能[1]使其近年来得到广泛关注。
镁合金具有较高的比强度和比刚度，较强的电磁屏蔽和抗辐射能力，以及良好的减震性、切削加工性能等特点，在汽车、摩托车等交通工具，3C产品、航空航天、兵器工业等领域的应用日趋广泛。
但是镁是一种电负性极强的金属，标准电极电位为－2.37V，在潮湿，CO2，SO2，Cl－的环境里极易发生腐蚀。
除此之外，镁合金由于杂质元素和合金元素的存在，还容易产生电偶腐蚀、应力腐蚀开裂以及腐蚀疲劳[2]，大大限制了镁合金在工业、军工等领域的广泛应用。
目前国内外都加大了对镁合金腐蚀问题的研究，以期通过有效的表面处理方法来提高镁合金表面的抗腐蚀能力，使其能够在不同的领域得到更为广泛的应用。
本文综述了镁合金表面处理的方法，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分析。
2镁合金表面处理的方法2.1化学转化膜处理镁合金化学转化膜[3]的防腐蚀效果优于自然氧化膜，并且化学转化膜可提供较好的涂装基底。
传统的化学转化法是铬化处理，其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，现已被其它的化学转化膜法所取代，如磷酸－高锰酸钾转化膜、稀土转化膜等。
磷酸－高锰酸钾转化膜处理方法主要是在镁合金表面形成以Mg3(PO4)2为主的组成物，同时含有铝、锰等化合物的磷化膜。
pH和时间对镁合金表面磷化膜形貌和耐蚀性的影响周勇;熊金平;李依旋【摘要】Influences of pH value and phosphating time on the morphology and corrosion resistance of phosphate coating on magnesium alloy were studied by scanning electron microscopy and electrochemical impedance spectrum. Results indicated that when pH value was 2. 5 and phosphating time was 20 min, the phosphate coating showed a continuous needle-like microstructure and the best protective function.%用扫描电子显微镜和电化学阻抗谱研究了磷化液pH和磷化时间对镁合金表面磷化膜形貌和耐蚀性的影响.实验结果表明:当磷化液pH为2.5,磷化时间为20 min时,所得到的磷化膜对镁合金基体的保护作用最强,磷化膜在扫描电镜下观察呈连续的针尖状结构.【期刊名称】《电镀与精饰》【年(卷),期】2012(034)002【总页数】4页(P9-12)【关键词】镁合金;磷化膜;pH;磷化时间;耐蚀性【作者】周勇;熊金平;李依旋【作者单位】北京化工大学教育部碳纤维及功能高分子重点实验室,北京 100029;北京化工大学材料科学与工程学院,北京 100029;北京化工大学教育部碳纤维及功能高分子重点实验室,北京 100029;北京化工大学材料科学与工程学院,北京100029;北京碧海舟腐蚀防护工业股份有限公司,北京 100029【正文语种】中文【中图分类】TG174.45作为一种结构材料，镁合金具有很多优异的性能，其中的某些性能还是其他的一些结构材料所无法替代的［1］。
