鎂合金化學(xué)鍍的研究.pdf

1、鎂合金具有許多優(yōu)良性能，已受到各領(lǐng)域廣泛關(guān)注。然而，鎂合金化學(xué)活性較高，耐蝕耐磨性差，限制了其更廣泛應(yīng)用?；瘜W(xué)鍍可以提高鎂合金耐蝕耐磨等性能。但多年來鎂合金化學(xué)鍍主鹽多以堿式碳酸鎳或醋酸鎳為主，成本高，穩(wěn)定性差。因此，以低成本硫酸鎳為主鹽的鎂合金化學(xué)鍍及動力學(xué)研究具有重要的理論意義和實際意義。 本文結(jié)合XRD、SEM、EDS及電化學(xué)測試等檢測方法，對鎂合金的預(yù)處理過程、以硫酸鎳為主鹽化學(xué)鍍液、新的化學(xué)鍍工藝、化學(xué)鍍層孔隙特征、孔

2、隙率檢測方法及化學(xué)鍍的動力學(xué)等方面進行較為系統(tǒng)地研究。 系統(tǒng)研究含氟或無氟溶液中鎂合金質(zhì)量隨時間的變化，結(jié)合SEM、EDS及電化學(xué)測試等檢測，明確了鎂合金在溶液中的行為規(guī)律即鎂合金與氫氟酸溶液反應(yīng)可達到平衡，平衡時表面Mg/F成分比約為(質(zhì)量比)11.3：1，氫氟酸的濃度只能加快反應(yīng)達到平衡的時間；在體積比小于5：6氫氟酸和硫酸混合酸中，活化后的鎂合金表面形成一層“鈍化膜”，其質(zhì)量隨時間的變化無明顯改變，當(dāng)其體積比超過5：7時，

3、鎂合金表面“鈍化膜”被破壞，其質(zhì)量迅速下降；含氟酸性硫酸鎳溶液中，活化后的鎂合金處在“鈍化”狀態(tài)，與溶液不發(fā)生反應(yīng)；含氟離子和碳酸根離子的酸性硫酸鎳溶液中，活化后的鎂合金與溶液中鎳離子發(fā)生置換反應(yīng)，且隨溶液pH值增加鎂合金質(zhì)量增加加快；無氟酸性硫酸鎳溶液中，活化后鎂合金發(fā)生腐蝕，但緩沖劑可以緩解鎂合金的腐蝕狀況，碳酸鈉的緩沖能力強于醋酸鈉或硼酸鈉；活化后的鎂合金表面氟化物在無氟溶液中不具有耐蝕性。 以醋酸鎳為化學(xué)鍍主鹽，考察了化

4、學(xué)鍍初期鍍層的生長情況。結(jié)合XRD、SEM和EDS等測試，明確了鎂合金化學(xué)鍍的初期行為。研究發(fā)現(xiàn)，Ni-P層主要先生長于MgF2膜和MgO膜交界處，Ni-P層生長優(yōu)先覆蓋MgF2膜；直接化學(xué)鍍4min后，可以進行以無氟酸性硫酸鎳為主鹽第二步化學(xué)鍍；“兩步”化學(xué)鍍層為高磷非晶態(tài)，表面光亮，且耐蝕性良好，鍍層與基體的結(jié)合力優(yōu)于直接化學(xué)層與基體的結(jié)合力；化學(xué)鍍初期鎂合金基體腐蝕與鍍層生長同時競爭存在；只有化學(xué)鍍速大于鍍液腐蝕基體速度，鎂合金化

5、學(xué)鍍得以順利實現(xiàn)。 以鎳基材料為試樣，通過對以硫酸鎳為主鹽的鎂合金化學(xué)鍍液的研究發(fā)現(xiàn)，加速劑A對提高酸性化學(xué)鍍速明顯優(yōu)于其它加速劑，以此為加速劑，實現(xiàn)了以硫酸鎳為主鹽的鎂合金酸性化學(xué)鍍鎳。研究結(jié)果表明，絡(luò)合劑丁二酸和穩(wěn)定劑硫脲適合于鎂合金酸性化學(xué)鍍。XRD、SEM、EDS和電化學(xué)測試檢測結(jié)果顯示，酸性鍍層均勻致密，顆粒粗大，顆粒之間結(jié)合緊密，且孔隙率小，屬于中磷化學(xué)鍍層，化學(xué)鍍層非晶特征明顯，其自腐蝕電位提高到-0.3V左右，陽

6、極鈍化區(qū)間達400mV左右。開發(fā)出“無氟綠色環(huán)?！钡逆V合金堿性化學(xué)鍍液。研究發(fā)現(xiàn)緩沖劑Na2CO3在堿性化學(xué)鍍液中有著重要的作用，其不僅可以提高化學(xué)鍍速，且可調(diào)節(jié)鍍層與基體之間的結(jié)合力及緩沖化學(xué)鍍過程pH值變化；優(yōu)化出堿性化學(xué)鍍的工藝條件為鍍液pH值8.5～11.5，絡(luò)合劑檸檬酸鈉的濃度30g/L，鍍液溫度(77～83)℃。堿性鍍層均勻致密，孔隙率少，屬于晶態(tài)特征明顯的低磷鍍層，化學(xué)鍍層與鎂合金基體結(jié)合力良好，鍍層的硬度為867.21H

7、V。 以微弧氧化為鎂合金化學(xué)鍍前處理工藝能提高鎂合金氧化膜的耐蝕性，并經(jīng)SnCl2敏化、PdCl2活化后，可以在鎂合金微弧氧化膜上順利地實現(xiàn)以硫酸鎳為主鹽的“無氟酸性”化學(xué)鍍。XRD、SEM、EDS和電化學(xué)測試等檢測表明微弧氧化膜上化學(xué)鍍層細小致密，孔隙率小，自腐蝕電位提高為-0.2V左右，鈍化區(qū)間達近800mV，化學(xué)鍍層與鎂合金基體結(jié)合力得到明顯的加強。 以鋁合金、鋼鐵等化學(xué)鍍層孔隙率的測定方法為參考，通過試紙法，確定

8、了鎂合金化學(xué)鍍層孔隙率的測試方法。研究結(jié)果表明指示劑鉻黑T比較適合鎂合金化學(xué)鍍層孔隙率的測定。以此方法系統(tǒng)地研究了化學(xué)鍍液參數(shù)對孔隙率的影響。由研究結(jié)果得知丁二酸的濃度變化對孔隙率影響緩慢，緩沖能力強的碳酸鈉能更有效地降低化學(xué)鍍層的孔隙率。結(jié)合SEM和電化學(xué)測試結(jié)果，驗證了本文所提出孔隙率測定方法的可行性，該方法可以簡單、有效、快速地得出鍍層的孔隙率。 提出了鎂合金化學(xué)鍍的物理模型；闡述了化學(xué)鍍的鎳沉積與腐蝕并存競爭機制及其得以