镁合金环保型阳极氧化膜的耐蚀性能研究

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。

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。

文章编号:1001-9731(2021)01-01022-04镁合金表面微弧氧化陶瓷涂层的制备及耐蚀性能*余灏勋,马廷霞(西南石油大学机电工程学院,成都610500)摘要:利用微弧氧化法,在微弧氧化反应电解质中加入氟钛酸钾和G R/T i O2粉末,在镁合金表面制备了MA O-G R/T i O2涂层㊂采用S E M和F T-I R分别对G R/T i O2粉末的表面形貌和结构进行了研究,用S E M㊁X R D 和元素线扫描对MA O-G R/T i O2涂层的表面形貌㊁相结构和元素分布进行了研究,用三电极技术对MA O-G R/T i O2涂层的耐腐蚀性能进行了研究㊂结果表明,通过溶胶-凝胶法可将纳米T i O2接枝到G O表面,生成G R/T i O2粉末;MA O-G R/T i O2涂层主要由M g2T i O4相㊁M g3(P O4)2相㊁M g和M g O相组成;以界面为分界线,涂层一侧T i㊁P和O元素高于基体一侧,基体一侧M g元素高于涂层一侧;MA O-G R/T i O2涂层的腐蚀电位为-0.723V,腐蚀电流密度为8.96ˑ10-8A/c m2,相比镁合金基体和MA O涂层,腐蚀电位提高了48.3%和36.7%,表明MA O-G R/T i O2涂层可以显著提高镁合金基体的耐蚀性能㊂关键词:镁合金;微弧氧化法;复合涂层;耐腐蚀性能中图分类号: T B332文献标识码:A D O I:10.3969/j.i s s n.1001-9731.2021.01.0040引言镁合金耐蚀性差严重限制了其在许多领域的应用[1-2]㊂目前为止,研究者广泛研究的耐腐蚀方法是在合金表面形成防腐涂层㊂微弧氧化技术(MA O)是在常规阳极氧化技术基础上发展起来的一种新型的镁合金表面处理技术,该技术可以制造高质量的涂层,具有高硬度值,强附着力,并可以大幅提高镁合金基体的耐腐蚀性[3]㊂因此,MA O已经成为提高镁合金耐蚀性研究最热门的技术之一[4-6]㊂MA O涂层的耐蚀性主要取决于涂层的厚度㊁成分和组织结构[7]㊂根据已有的研究,电解液的组成会影响涂层的微观结构㊁成分和性能,因为这些元素可以在氧化过程中掺杂入涂层中[8-9]㊂几种类型的电解质,如硅酸盐[10]㊁铬酸盐[11]和磷酸盐[12],已被用于制备MA O涂层㊂一般来说,在这些电解质中形成的MA O涂层主要由M g O相和其它一些与电解质有关的化合物组成[如M g O㊁M g3-(P O4)2㊁M g A l2O4或M g F2][13]㊂由于M g O在中性或酸性环境中不稳定,这些涂层不能提供足够的长期腐蚀保护㊂解决该问题最有效的办法是通过改变电解质的组成,在MA O涂层中加入稳定氧化物或其它稳定化合物,如N b2O5㊁Z r O2㊁T i O2㊁M g2Z r5O12㊁C e O2㊁M g F2或Z r F4㊂这些氧化物和化合物可以在氧化处理过程中嵌入到涂层中,以提高涂层的耐蚀性[14]㊂然而,在这些电解液中,有许多化合物不能长期使用(相对不稳定),因为在微弧氧化过程中,试样表面预先形成了小的火花,不能得到均匀的MA O涂层[15]㊂石墨烯(G R)和氧化石墨烯(G O)具有优异的力学和耐腐蚀性能,不仅力学强度高,而且耐磨性优异[16-17]㊂T i O2颗粒具有优异的耐腐蚀性能[18-20]㊂本文以氟钛酸钾(K2T i F6)㊁六偏磷酸钠[(N a P O3)6]㊁氢氧化钠(N a O H)和三乙胺(T E A)组成的合适电解质,制备了含有M g2T i O4和G R/T i O2的MA O-G R/T i O2涂层㊂采用X R D㊁S E M和元素线扫描等手段研究了涂层的相结构㊁表面形貌和元素组成,并采用电化学阻抗法评价了涂层的耐蚀性㊂1实验1.1 G R/T i O2粉末的制备采用加压氧化法合成G O,采用溶胶-凝胶法制备G R/T i O2粉末㊂由于G O的亲水性和静电斥力,在水中形成了稳定的溶胶㊂具体制备方法:取5m L钛酸丁酯,与10m L冰乙酸均匀混合,然后加入30m L无水酒精进行稀释,分散搅拌均匀30m i n后得到溶液A;将G O超声分散在15m L蒸馏水中,超声浴2h,随后加入15m L无水酒精,并用稀硝酸调节p H值至2,得到溶液B㊂将溶液B缓慢加入到溶液A中,并在室温下搅拌3h,并陈化得到凝胶,随后将凝胶转入水热反应釜中,210ħ下恒温反应10h后自然冷却至室温,用去离子水将所得产物洗涤至中性,并烘干,即得到G R/T i O2粉末㊂220102021年第1期(52)卷*基金项目:四川省科技计划资助项目(18F Z J C00734)收到初稿日期:2020-06-03收到修改稿日期:2020-09-23通讯作者:马廷霞,E-m a i l:1499893831@q q.c o m 作者简介:余灏勋(1994 )男,成都人,硕士,主要从事新型复合材料制备研究㊂1.2复合涂层的制备将A Z31合金(M g-3%(质量分数)A l-0.8%(质量分数)Z n)试样切割成10mmˑ10mmˑ5mm,用100~1000#的S i C砂纸打磨㊂然后分别在乙醇和去离子水中超声清洗20m i n,最后在空气中干燥㊂采用功率为2k W的恒流电源,通过MA O法制备涂料㊂分别以镁合金基体和不锈钢板作为工作电极和对电极㊂为了制备含有G R/T i O2的MA O涂层,采用以下磷酸盐电解质进行一次处理:即由15g/L氟钛酸钾(K2T i F6),20g/L六偏磷酸钠[(N a P O3)6], 10g/L氢氧化钠(N a O H),3g/L G R/T i O2粉末和0.3g/L三乙胺(T E A)组成的电解质,使G R/T i O2粉末带负电荷,然后将电解质超声处理1h,随后连接电极,并将电极放入电解质中㊂两个电极之间的距离为2c m,在400V的固定外加电压下进行10m i n的一次微弧氧化反应㊂得到的复合涂层标记为MA O-G R/ T i O2涂层㊂采用相同的MA O工艺(磷酸盐电解质中没有G R/T i O2)制备的M g合金作为对照组,标记为MA O涂层㊂1.3样品的表征采用T T R I I IX射线衍射仪对制备的涂层相组成进行了X射线衍射分析,2θ值在10~85ʎ之间,步长增量为0.01ʎ,扫描速度为4ʎ/m i n;采用N I C O L E T F T-I R5700光谱仪对G O㊁G R/T i O2粉末及复合涂层进行F T-I R光谱测试;采用德国蔡司(型号:S U P R A-55)扫描电子显微镜对G R/T i O2粉末和复合涂层的表面形貌及元素组成进行研究㊂1.4电化学测量采用三电极技术在电化学工作站(C H I660E)上进行动电位极化实验㊂以复合涂层样品为工作电极,铂板为对电极,饱和甘汞电极(S E C)为参比㊂所有测试都在(37ʃ1)ħ的3.5%(质量分数)氯化钠溶液中进行㊂用1c m2的硅胶覆盖所有样品暴露的表面㊂在溶液中稳定1h后进行动电位极化试验,以确保开路电位是静态的㊂电位扫描速度为5m V/s,记录极化曲线㊂E I S的信号幅度为5m V,频率为0.01~ 10000H z㊂采用T a f e l外推和线性极化法,从动电位极化图中获取腐蚀电位(E c o r r)和腐蚀电流密度(i c o r r)㊂本文选择性地展示了极化曲线,所展示的极化曲线数据最接近每组样本的平均值㊂2结果与讨论2.1 G O和G R/T i O2粉末的表征2.1.1 F T-I R分析图1为G O和G R/T i O2粉末的F T-I R光谱图㊂由图1可知,G O曲线中3395c m-1处的宽吸收峰为-O H伸缩振动峰,2358c m-1处的伸缩振动对应C-O 键,1733c m-1处的伸缩振动对应C=O键, 1621c m-1位置的伸缩振动对应C=C键,1222c m-1位置的伸缩振动对应C-O-C键,1057c m-1位置的伸缩振动对应C-O H键;G R/T i O2曲线中,535c m-1处的吸收峰对应T i-O-T i键,而1733,1222和1057c m-1处峰强的减弱,说明G O在反应过程中被还原成了G R ㊂图1 G O和G R/T i O2粉末的F T-I R光谱图F i g1F T-I Rs p e c t r a o fG Oa n dG R/T i O2p o w d e r2.1.2S E M分析图2为G O和G R/T i O2粉末的S E M图㊂从图2 (a)可以看出,G O为片状多层结构,具有许多类似于波动丝绸的褶状㊂从图2(b)可以看出,T i O2颗粒分散在G R的片状表面,大部分G R表面可以被T i O2颗粒包裹住,颗粒大小为纳米级,表明T i O2纳米粒子可以成功地接枝到G R表面㊂图2 G O和G R/T i O2粉末的S E M图F i g2S E Mi m a g e s o fG Oa n dG R/T i O2p o w d e r s2.2 MA O-G R/T i O2涂层的表征2.2.1 X R D和元素线扫描分析图3为MA O-G R/T i O2涂层的X R D图谱㊂由图3可知,涂层X R D图谱中可以明显观察到18.6ʎ和29.5ʎ处的M g2T i O4对应峰;此外,还可以观察到明显的M g3(P O4)2㊁M g和M g O的对应峰,但是并未发现典型的T i O2峰,可能是因为T i O2峰和M g2T i O4峰有一定重叠而被掩盖,也有可能是T i O2含量太少㊂图4为MA O-G R/T i O2涂层截面元素的线扫描分析㊂从图4可以看出,以界面为分界线,涂层一侧T i㊁P和O元素高于基体一侧,基体一侧M g元素高于涂层一侧,而基体一侧A l元素只稍微高于涂层一侧,区别并不明显㊂这一元素分布和图3中MA O-G R/ T i O2涂层X R D图谱测试结果正好吻合㊂32010余灏勋等:镁合金表面微弧氧化陶瓷涂层的制备及耐蚀性能图3 MA O -G R /T i O 2涂层的XR D 图谱F i g 3X R D p a t t e r no fMA O -G R /T i O 2co a t i ng 图4 MA O -G R /T i O 2涂层截面元素的线扫描分析F i g 4L i n e s c a n n i n g a n a l ys i s o f s e c t i o n a l e l e m e n t s o f MA O -G R /T i O 2co a t i n g 2.2.2 S E M 分析图5展示了镁合金基体上MA O 和MA O -G R/T i O 2涂层的SE M 形貌㊂从图5可以看出,由于涂层生长不均匀,MA O 生长过程中会捕获熔融氧化物和气泡,MA O 涂层和MA O -G R /T i O 2涂层的表面均存在圆形孔隙通道,这是电解质与M g 合金基体接触的通道㊂由于在相对冷的电解质中,熔融氧化物是从数千度的温度下快速冷却的,所以在MA O 涂层和MA O -G R /T i O 2涂层上表面粗糙,并可以观察到微小裂纹㊂MA O -G R /T i O 2涂层表面并未观察到明显的G R /T i O 2材料,只是相比MA O ,表面更加粗糙㊂图5 MA O 和MA O -G R /T i O 2涂层的S E M 图F i g 5S E Mi m a g e s o fMA Oa n dMA O -G R /T i O 2co a t -i n gs 2.3 腐蚀行为评价图6为镁合金基体㊁M A O 涂层和M A O -G R /T i O 2涂层在N a C l 溶液中的典型动电位极化曲线㊂根据T a f e l 外推和线性极化法提取了电化学参数的平均值,结果如表1所示㊂由图6和表1可知,与镁合金基体相比,M A O 涂层和M A O -G R /T i O 2涂层都提高了腐蚀电位,说明涂层的稳定性和有效性优于镁合金基体㊂M A O -G R /T i O 2涂层的腐蚀电位相比镁合金基体和M A O 涂层,提高了48.3%和36.7%㊂这些结果表明,M A O -G R /T i O 2涂层可以显著提高M g 合金基体的耐蚀性能㊂图6 镁合金基体㊁MA O 涂层和MA O -G R /T i O 2涂层在Na C l 溶液中的动电位极化曲线F i g 6P o t e n t i o d yn a m i c p o l a r i z a t i o nc u r v e s o f m a g n e s i u m a l l o y ma t r i x ,MA O c o a t i n g a n d MA O -G R /T i O 2co a t i n g i nN a C l s o l u t i o n表1 镁合金基体㊁MA O 涂层和MA O -G R /T i O 2涂层材料的腐蚀特性分析结果T a b l e1A n a l ys i sr e s u l t so fc o r r o s i o nc h a r a c t e r i s t i c s o f m a g n e s i u m a l l o y m a t r i x ,MA O c o a t i n ga n dMA O -G R /T i O 2co a t i n g i nN a C l s o l u t i o n 试样腐蚀电位/V 腐蚀电流密度/A ㊃c m -2镁合金基体-1.3981.59ˑ10-5MA O 涂层-1.1423.12ˑ10-7MA O -G O /T i O 2涂层-0.7238.96ˑ10-83 结 论(1)通过溶胶-凝胶法可将纳米T i O 2接枝到GO 表面,但是接枝过程中,G O 被还原成了G R ,生成了G R /T i O 2粉末材料㊂(2)MA O -G R /T i O 2涂层主要由M g 2T i O 4相㊁M g 3(P O 4)2相㊁M g 和M g O 相组成㊂以界面为分界线,涂层一侧T i ㊁P 和O 元素高于基体一侧,基体一侧M g 元素高于涂层一侧,而基体一侧A l 元素只稍微高于涂层一侧㊂(3)MA O -G R /T i O 2涂层的腐蚀电位为-0.723V ,腐蚀电流密度为8.96ˑ10-8A /c m 2,相比镁合金基体和MA O 涂层,腐蚀电位提高了48.3%和36.7%,表明MA O -G R /T i O 2涂层可以显著提高镁合金基体的耐蚀性能㊂参考文献:[1] G u oK W.Ar e v i e wo fm a g n e s i u m /m a g n e s i u ma l l o ys c o r -420102021年第1期(52)卷r o s i o n [J ].R e c e n tP a t e n t so n C o r r o s i o nS c i e n c e ,2011,1(1):72-90.[2] Y a n g K H ,G e rM D ,H w uW H ,e t a l .S t u d y of v a n a d i u m -b a s e d c h e m i c a l c o n v e r s i o n c o a t i ng on t h e c o r r o s i o n r e s i s t -a n c e o fm a g n e s i u ma l l o y [J ].M a t e r i a l sC h e m i s t r y &P h ys -i c s ,2015,101(2-3):480-485.[3] H u a n g YS ,L i uH W.T E Ma n a l y s i s o nm i c r o -a r c o x i d e c o a t i n go n t h e s u r f a c e o fm a g n e s i u ma l l o y[J ].J o u r n a l o fM a t e r i a l sE n -g i n e e r i n g &Pe rf o r m a n c e ,2011,20(3):463-467.[4] J i a ng BL ,G eYF .M i c r o -a r c o x i d a t i o n (M A O )t o i m pr o v e t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c eo fm a g n e s i u m (M g )a l l o ys [J ].C o r r o s i o n P r e v e n t i o n o fM a g n e s i u m A l l o ys ,2013:163-196.[5] W a n g S ,L i uP .T h e t e c h n o l o g y o f p r e p a r i n gg r e e nc o a t i n gb yc o nd u c t i n g m i c r o -a r co x i d a t i o no n A Z 91D m a gn e s i u m a l l o y [J ].P o l i s hJ o u r n a l o fC h e m i c a lT e c h n o l o g y ,2016,18(4):36-40.[6] L iY ,L uF ,L iH L ,e t a l .C o r r o s i o n m e c h a n i s mo fm i c r o -a r co x i d a t i o nt r e a t e db i o c o m p a t i b l eA Z 31m a gn e s i u m a l -l o y i ns i m u l a t e db o d y f l u i d [J ].P r o gr e s s i n N a t u r a lS c i -e n c e :M a t e r i a l s I n t e r n a t i o n a l ,2014,24(5):516-522.[7] N i eR R ,Z h uF ,S h e nL R ,e t a l .E f f e c t so f f i l mt h i c k n e s so n t h e p h a s e c o m p o s i t i o n a n dm i c r o s t r u c t u r e p r o pe r t i e s of m i c r o -a r c o x i d a t i o n c o a t i ng [J ].J o u r n a l o fB i o m e d i c a lE n -g i n e e r i n g,2010,27(2):354-357.[8] Y a n g W ,X uD P ,G u oQ Q ,e t a l .I n f l u e n c eo f e l e c t r o l yt e c o m p o s i t i o no n m i c r o s t r u c t u r ea n d p r o p e r t i e so f c o a t i n gs f o r m e do n p u r eT i s u b s t r a t eb y mi c r oa r co x i d a t i o n [J ].S u r f a c e&C o a t i n g sT e c h n o l o g y,2018,349:522-528.[9] P a kSN ,Y a oZP ,J uKS ,e t a l .E f f e c t o f o r ga n i c a d d i t i v e s o n s t r u c t u r e a n d c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o fMA Oc o a t i n g[J ].V a c u u m ,2018,151:8-14.[10] Z h a n g R F ,X i o n g G Y ,H uC Y.C o m p a r i s o no f c o a t i n gp r o p e r t i e so b t a i n e db y MA Oo nm a g n e s i u ma l l o y s i n s i l -i c a t ea n d p h y t i ca c i de l e c t r o l y t e s [J ].C u r r e n t A p pl i e d P h ys i c s ,2010,10(1):255-259.[11] M aY ,L i uN ,W a n g Y ,e t a l .Ef f e c t o f c h r o m a t ea d d i t i v e o nc o r r o s i o nr e s i s t a n c eo fMA Oc o a t i ng so n m a gn e s i u m a l l o ys [J ].J o u r n a l o f t h eC h i n e s eC e r a m i cS o c i e t y ,2011,39(9):1493-1497.[12] S o l d a t o v a E ,B o l b a s o vE ,K o z e l s k a y aA I ,e t a l .T h e e l a s t i c i t yo f c a l c i u m p h o s p h a t eM A Oc o a t i n g s c o n t a i n i n g di f f e r e n t c o n c e n -t r a t i o n s o f c h i t o s a n [J ].I O PC o n f e r e n c eS e r i e s M a t e r i a l sS c i -e n c e a n dE n g i n e e r i n g,2009,544:63-70.[13] G u oP Y ,W a n g N ,Q i nZS ,e ta l .E f f e c to fe l e c t r o l yt e c o m p o s i t i o no n g r o w t h m e c h a n i s m a n ds t r u c t u r eo fc e -r a m i cc o a t i n g so n p u r eT i b yp l a s m ae l e c t r o l yt i co x i d a -t i o n [J ].T r a n s a c t i o n sof M a t e r i a l s &H e a tT r e a t m e n t ,2013,34(7):181-186.[14] S a n k a r aN a r a y a n a nTSN ,P a r k I S ,L e eM H.S t r a t e gi e s t o i m p r o v e t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o fm i c r o a r c o x i d a t i o n (MA O )c o a t e d m a g n e s i u m a l l o y sf o rd e gr a d a b l ei m -p l a n t s :P r o s p e c t s a n d c h a l l e n g e s [J ].P r o gr e s s i n M a t e r i -a l sS c i e n c e ,2014,60:1-71.[15] W a n g C ,C h e nJ ,H e JH ,e t a l .E f f e c t o f e l e c t r o l yt e c o n -c e n t r a t i o no n t h e t r i b o l o g i c a l pe rf o r m a n c e o fMA Oc o a t -i ng s o na l u m i n u ma l l o y s [J ].F r o n t i e r so fCh e mi c a lS c i -e n c e a n dE n g i n e e r i n g,2020,12:1-7.[16] L i uS ,G uL ,Z h a oHC ,e t a l .C o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f g r a ph e n e -r e i n f o r c e dw a t e r b o r n e e p o x y c o a t i n gs [J ].J o u r n a l o fM a t e r i a l s S c i e n c e&T e c h n o l o g y ,2016,32(05):425-431.[17] Z h a n g XR ,MaR N ,D u A ,e t a l .C o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f o r g a n i c c o a t i n g b a s e do n p o l y h e d r a l o l i g o m e r i c s i l s e s qu i -o x a n e -f u n c t i o n a l i z e d g r a p h e n eo x i d e [J ].A p pl i e dS u r f a c e S c i e n c e ,2019,484:814-824.[18] D e ya b M A ,K e e r a ST.E f f e c t o f n a n o -T i O 2p a r t i c l e s s i z e o n t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f a l k y d c o a t i n g[J ].M a t e r i a l s C h e m i s t r y &P h ys i c s ,2014,146(3):406-411.[19] A oN ,L i uD X ,W a n g SX ,e t a l .M i c r o s t r u c t u r ea n dt r i -b o l o g i c a lb e h a v i o ro fa T i O 2/h B N c o m p o s i t ec e r a m i c c o a t i n g fo r m e dv i am i c r o -a r co x i d a t i o no fT i -6A l -4Va l -l o y [J ].J o u r n a lo f M a t e r i a l s S c i e n c e &T e c h n o l o g y,2016,32(10):1071-1076.[20] M o m e n z a d e h M ,S a n j a b i S .T h e e f f e c t o fT i O 2n a n o pa r t i -c l e c o d e po s i t i o no n m i c r o s t r u c t u r ea n dc o r r o s i o nr e s i s t -a n c e o fe l e c t r o l e s s N i Pc o a t i n g [J ].M a t e r i a l s &C o r r o -s i o n ,2012,63(7):614-619.P r e pa r a t i o na n d c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o fm i c r o -a r c o x i d e c e r a m i c c o a t i n g o nm a g n e s i u ma l l o y su r f a c e Y U H a o x u n ,MA T i n gx i a (S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,S o u t h w e s tP e t r o l e u m U n i v e r s i t y ,C h e n g d u610500,C h i n a )A b s t r a c t :MA O -G R /T i O 2co a t i n g w a s p r e p a r e d o n t h e s u r f a c e o fm a g n e s i u ma l l o y b y a d d i n g p o t a s s i u mf l u o r i d e t i t a n a t e a n dG R /T i O 2po w d e r i n t o t h e e l e c t r o l y t e o fm i c r o -a r c o x i d a t i o n r e a c t i o nb y m i c r o -a r c o x i d a t i o nm e t h o d .T h e s u r f a c em o r p h o l o g y a n d s t r u c t u r eo fG R /T i O 2po w d e rw e r e s t u d i e db y S E M a n dF T -I R.S E M ,X R Da n d e l e m e n t a l l i n e s c a n n i n g w e r eu s e d t o s t u d y t h e s u r f a c em o r p h o l o g y ,ph a s e s t r u c t u r e a n d e l e m e n t d i s t r i b u t i o no f MA O -G R /T i O 2c o a t i n g ,a n d t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o fMA O -G R /T i O 2co a t i n g w a s s t u d i e db y t h r e e -e l e c t r o d e t e c h n o l o g y .T h e r e s u l t s s h o w e d t h a tn a n oT i O 2co u l db e g r a f t e do n t o t h es u r f a c eo fG O b y s o l -g e lm e t h o dt o g e n e r a t eG R /T i O 2p o w d e r .MA O -G R /T i O 2c o a t i n g w a s m a i n l y c o m p o s e do f M g 2T i O 4p h a s e ,M g 3(P O 4)2p h a s e ,M g a n d M g O p h a s e .T a k i n g t h e i n t e r f a c ea s t h eb o u n d a r y ,T i ,Pa n d Oe l e m e n t so nt h ec o a t i n g si d e w e r eh i g h e r t h a n t h o s e o n t h e s u b s t r a t e s i d e ,a n dM g e l e m e n t s o n t h e s u b s t r a t e s i d ew e r e h i gh e r t h a n t h o s e o n t h e c o a t i n g s i d e .T h e c o r r o s i o n p o t e n t i a l o fMA O -G R /T i O 2co a t i n g w a s -0.723Va n d t h e c o r r o s i o n c u r r e n t d e n -s i t y w a s 8.96ˑ10-8A /c m 2.C o m p a r e dw i t hm a g n e s i u ma l l o y s u b s t r a t e a n dMA Oc o a t i n g ,t h e c o r r o s i o n p o t e n -t i a l o fMA O -G R /T i O 2c o a t i n g w a s i n c r e a s e db y 48.3%a n d 36.7%,w h i c h i n d i c a t e d t h a tMA O -G R /T i O 2co a t -i n g c o u l d s i g n i f i c a n t l y i m p r o v e t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o fm a g n e s i u ma l l o y su b s t r a t e .K e y w o r d s :m a g n e s i u ma l l o y ;m i c r o -a r c o x i d a t i o n ;c o m p o s i t e c o a t i n g;c o r r o s i o n r e s i s t a n c e 52010余灏勋等:镁合金表面微弧氧化陶瓷涂层的制备及耐蚀性能。

镁合金阳极氧化以镁合金阳极氧化为主题，本文将介绍镁合金、阳极氧化的基本概念，以及镁合金阳极氧化的特点和应用领域。

一、镁合金的基本概念镁合金是一种轻质高强度的金属材料，具有优良的加工性能和机械性能，广泛应用于航空航天、汽车、电子、通讯等领域。

镁合金的密度仅为铝合金的 2/3，强度却比铝合金高出一倍以上，因此被誉为“21世纪的战略金属”。

二、阳极氧化的基本概念阳极氧化是将金属表面氧化形成一层氧化膜的一种表面处理技术。

在阳极氧化过程中，金属表面与电解液中的阳极反应，产生氧化物，形成一层致密的氧化膜。

这层氧化膜可以提高金属表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和绝缘性能。

三、镁合金阳极氧化的特点镁合金阳极氧化具有以下特点：1. 阳极氧化处理可以在镁合金表面形成一层均匀、致密、坚硬的氧化膜，从而提高了镁合金的耐腐蚀性和耐磨性。

2. 镁合金阳极氧化后的表面具有良好的装饰性能，可以根据需要进行染色处理，使其表面颜色更加多样化。

3. 镁合金阳极氧化后的表面具有较好的绝缘性能，可以作为电子元器件、电解电容器等电子产品的外壳材料。

4. 镁合金阳极氧化后的表面硬度提高，可作为机械零件的表面处理。

四、镁合金阳极氧化的应用领域镁合金阳极氧化广泛应用于以下领域：1. 航空航天领域：镁合金在航空航天领域中广泛应用，如飞机、导弹、火箭等。

2. 汽车领域：镁合金在汽车领域中用于制造轻量化零部件，如发动机罩、车身结构等。

3. 电子领域：镁合金阳极氧化后的表面可作为电子元器件的外壳材料，如手机、笔记本电脑等。

4. 机械制造领域：镁合金阳极氧化后的表面可作为机械零件的表面处理，如船舶、机床等。

镁合金阳极氧化是一种重要的表面处理技术，可以提高镁合金的耐腐蚀性、耐磨性、装饰性和绝缘性能，广泛应用于航空航天、汽车、电子、机械制造等领域。

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（1.8g/cm3镁合金左右），比强度高，弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，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。

它是实用金属中的最轻的金属，高强度、高刚性。

特点其加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点：散热快、质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。

应用范围：镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化的目的镁合金铸件1。

镁合金（英文：Magnesium alloy）的比重虽然比塑料重，但是，单位重量的强度和弹性率比塑料高，所以，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。

另外，由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。

镁合金相对比强度（强度与质量之比）最高。

比刚度（刚度与质量之比）接近铝合金和钢，远高于工程塑料。

在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。

镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好。

镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达250MPA，最高可达600多Mpa。

屈服强度，延伸率与铝合金也相差不大。

镁合金还个有良好的耐腐蚀性能，电磁屏蔽性能，防辐射性能，可做到100%镁合金铸件2回收再利用。

镁合金件稳定性较高压铸件的铸造行加工尺寸精度高，可进行高精度机械加工。

镁合金具有良好的压铸成型性能，压铸件壁厚最小可达0.5mm。

适应制造汽车各类压铸件。

但镁合金线膨胀系数很大，达到25～26 μm/m℃，而铝合金则为23 μm/m℃，黄铜约20 μm/m℃，结构钢12 μm/m℃，铸铁约10μm/m℃，岩石（花岗岩、大理石等）仅为5～9 μm/m℃，玻璃5～11 μm/m℃。

镁合金的表面处理技术及其在材料工程中的应用引言镁合金是一种重要的结构材料，在各个领域都有着广泛的应用前景。

然而，由于其易氧化、易腐蚀等特点，镁合金的表面处理成为了解决其应用限制的重要环节。

本文将探讨一些常用的镁合金表面处理技术，并讨论其在材料工程中的应用。

表面处理技术一：阳极氧化阳极氧化是一种常见的表面处理技术，可以形成致密的氧化膜，提高镁合金的抗腐蚀性能和耐磨性能。

该技术主要是将镁合金作为阳极，在硫酸、硝酸等电解液中进行电解，使得表面形成一层氧化膜。

经过阳极氧化处理的镁合金表面具有较好的耐腐蚀性和附着力，可以延长其使用寿命。

表面处理技术二：化学镀化学镀是一种通过化学反应，在镀液中形成金属对镁合金表面进行覆盖的方法。

常见的化学镀方法有镀镍、镀铬等。

这种表面处理技术可以提高镁合金的耐腐蚀性和耐磨性，同时还可以改善其外观。

表面处理技术三：喷涂涂层喷涂涂层技术是一种将具有一定特性的材料涂覆在镁合金表面的方法。

这种技术可以改善镁合金的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。

常见的喷涂涂层材料有陶瓷涂层、金属涂层等。

通过选择合适的喷涂涂层材料，可以满足不同工程的需求。

表面处理技术四：溅射溅射是一种利用高能离子束轰击镁合金表面，使其表面溅射出材料形成涂层的技术。

溅射涂层具有优异的耐腐蚀性、耐磨性和抗疲劳性能，可以有效地提高镁合金的使用寿命。

此外，溅射还能够改变镁合金的表面电子结构，从而改善其光学性能。

应用一：航空航天领域镁合金在航空航天领域有着广泛的应用。

通过表面处理技术，可以提高镁合金的耐腐蚀性，增加其在腐蚀环境下的使用寿命。

此外，表面处理技术还可以改善镁合金的表面硬度和耐磨性，提高其在高速飞行中的应力承载能力。

应用二：汽车工业领域镁合金在汽车工业中也有着重要的应用前景。

通过表面处理技术，可以提高镁合金的整体性能，如抗腐蚀性、耐磨性等，在汽车零部件的制造中起到了至关重要的作用。

特别是在电动汽车领域，镁合金的轻质化特点使得其成为理想的材料选择。

镁合金表面微弧氧化防护膜的制备及其结构与性能研究的开题报告一、研究背景及意义镁合金作为一种重要的轻质结构材料，具有优异的机械性能和良好的耐蚀性能，广泛应用于航空、汽车、电子等领域。

然而，镁合金的易腐蚀性导致其在使用过程中容易受到环境的侵蚀，从而降低其性能和寿命。

因此，开发一种有效的防护措施成为了实现镁合金广泛应用的关键问题之一。

微弧氧化技术（MAO）是一种利用高压脉冲电弧放电在金属表面形成的氧化膜，具有高硬度、高耐蚀性、高温稳定性等优异性能。

近年来，MAO技术在镁合金表面防蚀领域得到了广泛应用，已经成为一种重要的表面处理技术。

因此，开展镁合金表面微弧氧化防护膜的制备及其结构与性能研究具有重要的科学意义和应用价值。

二、研究内容本文主要研究内容如下：1.镁合金表面微弧氧化防护膜的制备工艺及表面形貌观察：通过对MAO工艺参数进行调整，制备出具有良好耐蚀性和机械性能的微弧氧化防护膜。

使用扫描电子显微镜、原子力显微镜等手段对其表面形貌进行观察。

2.微弧氧化防护膜的组成和结构表征：使用X射线衍射仪、X射线光电子能谱分析仪等表征技术对其组成和结构进行表征分析。

3.微弧氧化防护膜的性能测试：对其摩擦学、耐腐蚀性能以及耐热性进行测试分析。

4.对微弧氧化防护膜的制备工艺进行优化：通过对MAO工艺参数进行优化和调整，进一步提高其性能和稳定性。

三、研究计划和进度本研究拟在1年内完成，主要进度安排如下：第1-3个月：收集资料，查阅有关文献，撰写开题报告第4-6个月：进行实验室微弧氧化技术的学习和实践，掌握微弧氧化制备技术第7-9个月：对微弧氧化防护膜的制备工艺及其结构进行表征和分析，包括表征技术的学习与实践第10-12个月：对微弧氧化防护膜的性能进行测试和分析，并进行工艺优化，撰写毕业论文。

四、预期成果与意义本研究预期通过对镁合金微弧氧化防护膜的制备及其表面形貌、结构和性能分析，得到一系列具有科学价值和工程实用价值的成果：1.成功制备出具有良好防腐蚀和机械性能的微弧氧化防护膜2.揭示微弧氧化防护膜的物理化学结构，为研究其性质和机制提供基础3.对MAO工艺进行优化，提高其制备效率和性能4.为镁合金的应用推广和进一步开发提供了技术手段和理论依据。

镁合金腐蚀机理镁合金是一种轻质高强度的金属材料，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子产品等领域。

然而，由于其化学活性较高，镁合金容易受到腐蚀的影响，降低了其使用寿命和性能。

本文将探讨镁合金腐蚀的机理，以便更好地了解和预防镁合金的腐蚀问题。

镁合金的腐蚀主要分为两种类型：电化学腐蚀和化学腐蚀。

电化学腐蚀是指在电解质溶液中，镁合金表面发生的氧化还原反应，造成金属表面的腐蚀。

而化学腐蚀则是指在非电解质环境中，镁合金与氧气、水等物质发生化学反应，导致金属表面腐蚀。

这两种腐蚀方式常常同时存在，相互作用，加剧了镁合金的腐蚀速度。

镁合金腐蚀的机理主要包括以下几个方面：1. 阴极极化：镁合金表面存在缺陷，容易形成阳极和阴极。

在腐蚀介质中，镁合金表面的阳极区域会发生氧化反应，而阴极区域则会发生还原反应，形成阴极极化现象，加速了镁合金的腐蚀过程。

2. 氧化还原反应：镁合金与氧气、水等物质发生氧化还原反应，生成氧化物和氢氧化物，破坏了镁合金的表面结构，导致腐蚀加剧。

3. 腐蚀介质：腐蚀介质中存在各种离子和氧化物，与镁合金表面发生化学反应，加速了腐蚀过程。

4. 腐蚀产物：镁合金腐蚀过程中生成的氧化物、氢氧化物等产物会覆盖在金属表面，形成保护膜，降低了腐蚀速度，但也会影响镁合金的性能。

为了有效预防镁合金腐蚀，可以采取以下措施：1. 表面处理：采用阳极氧化、喷涂涂层等方式，形成保护膜，减少镁合金与腐蚀介质的接触，延缓腐蚀速度。

2. 添加缓蚀剂：向腐蚀介质中添加缓蚀剂，减少镁合金与腐蚀介质的化学反应，降低腐蚀速度。

3. 控制环境：避免镁合金长时间暴露在潮湿、高温、高盐度等恶劣环境中，减少腐蚀的发生。

4. 定期检测：定期对镁合金进行检测，及时发现腐蚀情况，采取相应的措施修复和防护。

镁合金腐蚀是由多种因素共同作用引起的，了解其腐蚀机理可以更好地预防和减缓镁合金的腐蚀过程，延长其使用寿命，提高其性能稳定性。

在实际应用中，需要根据具体情况采取合适的预防措施，确保镁合金材料的长期稳定运行。

镁合金氧化处理镁合金是一种轻质、高强度的金属材料，具有广泛的应用前景。

然而，由于其与氧气的反应性较强，容易被氧化，限制了其在工程领域的应用。

因此，对镁合金进行氧化处理是十分必要和重要的。

镁合金氧化处理是一种通过在镁合金表面形成一层氧化膜来改善其耐腐蚀性和抗氧化性能的方法。

这种氧化膜可以保护镁合金不受进一步的氧化和腐蚀。

镁合金氧化处理的方法有很多种，其中最常见的是阳极氧化法。

在阳极氧化法中，镁合金作为阳极，通过电解在电解液中形成氧化膜。

这种氧化膜具有良好的附着力和耐腐蚀性，可以有效地防止镁合金的氧化和腐蚀。

在阳极氧化处理过程中，首先需要准备一个合适的电解液。

常用的电解液包括硫酸、硝酸和磷酸等，它们可以提供氧化反应所需要的离子。

然后，将镁合金作为阳极，连接到电源的正极上，并将另一块金属作为阴极，连接到电源的负极上。

当通电时，阳极上的镁合金表面会发生氧化反应，形成氧化膜。

氧化膜的形成过程是一个复杂的物理化学过程。

首先，在电解液中的阳极上形成氢氧化镁的沉积层，然后，该沉积层在电解液中被氧化，形成氧化膜。

氧化膜的厚度和结构取决于电解液的成分和处理条件。

一般来说，较高的电流密度和较长的处理时间可以得到较厚的氧化膜。

镁合金经过氧化处理后，表面会形成一层均匀、致密的氧化膜。

这种氧化膜具有很好的耐腐蚀性和抗氧化性能，可以有效地保护镁合金不受进一步的氧化和腐蚀。

同时，氧化膜的颜色和光泽也可以根据处理条件进行调控，使镁合金具有更好的装饰性。

除了阳极氧化法，还有其他一些方法可以对镁合金进行氧化处理，如化学氧化法和热氧化法。

这些方法各有特点，可以根据具体的应用需求选择合适的处理方法。

镁合金氧化处理是一种改善镁合金耐腐蚀性和抗氧化性能的有效方法。

通过形成一层均匀、致密的氧化膜，可以保护镁合金不受进一步的氧化和腐蚀。

在工程领域中，镁合金氧化处理的应用前景非常广阔，将为轻量化设计和节能减排提供更多可能。

阳极氧化AZ31镁合金阳极氧化工艺的研究Invest iga t ion on Anodizat ion of AZ31Mg Alloy董国君,　龚　凡,　郭　艳(哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院超轻材料与表面工程教育部重点实验室,黑龙江哈尔滨150001)DO NG G uo2j un,　G O NG Fan,　GU O Yan(K ey Laboratory of Superlight Mate rial a nd Surface Technology,Col lege of Material s Science and Chemical Engi neeri ng,Harbi n Engi neeri ng Uni versit y,Harbin150001,China)摘要:　采用正交设计确定A Z31镁合金阳极氧化工艺的最佳电解液配方。

通过XRD,SEM和极化曲线分别研究了A Z31镁合金阳极氧化膜的相组成、表面形貌和膜的耐蚀性。

结果表明:优化的镁合金阳极氧化膜主要成分是MgO和MgAl2O4,氧化膜层粗糙、多孔,膜的耐蚀性也得到很大提高。

关键词:　AZ31镁合金;阳极氧化;耐蚀性;正交设计A bstract:　Or thogonal de sign wa s employed in tests to deter mine optimal a n o dizing compo sition of AZ31Mg alloy.The phase composition,surface morphology and cor ro sion resistance of the anodic film were inve stigated respectively by X2ra y diff raction (XRD),scanning electron micro scopy(SEM)and pote ntiodyna mic polarization c ur ves.The re sult s show that t he anodic film is mainly comprised of MgO and MgAl2O4,the film is coar se and poro us,and it s cor ro sion re sista nce ha s al s o bee n improved greatly.K ey w or ds:　A Z31Mg alloy;anodizing;cor rosion resistance;ort hogonal design中图分类号:TG174.451 文献标识码:A 文章编号:100024742(2008)06200282030　前言镁合金具有密度小,比强度和比刚度高,导热、导电性优良,切削加工性能优异,铸造性能和减振性能优良,电磁屏蔽性好,能量衰减系数大,尺寸稳定性以及回收性好等特点。