鎂合金表面鋇基磷化處理技術(shù)研究.pdf

1、鎂合金以其密度小、比強度、比剛度高，具有良好的導熱性、磁屏蔽性等優(yōu)點，被譽為“21世紀綠色工程材料”。但是，由于鎂耐蝕性極差，制約了鎂合金的使用?；瘜W轉(zhuǎn)化膜處理因其操作簡單、成本低廉，是鎂合金防腐蝕的有效方法。其中傳統(tǒng)的鉻酸鹽處理液中含有Cr6+離子，污染環(huán)境，已被限制使用。 本文研究的磷化成膜技術(shù)是鎂合金表面化學轉(zhuǎn)化處理的另一個重要發(fā)展方向，膜層防護性能好，無污染。論文主要工作和結(jié)論如下： 1、預處理工藝 經(jīng)過

2、大量篩選試驗和正交試驗，確定了最佳預處理工藝：用NaOH脫脂，HF、C2H602酸洗以及NaOH堿洗。系統(tǒng)研究了此預處理工藝對A291D鎂合金基體的影響，結(jié)果表明此預處理不會對基體產(chǎn)生過強的腐蝕和過多的金屬損失，能夠使基體獲得一個適合于磷酸鹽轉(zhuǎn)化處理的清潔表面，從而為后繼生成的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜層有良好的附著力和防護性能作好準備。 2、常規(guī)磷化成膜性能 系統(tǒng)研究了常規(guī)磷化膜層的性能。A291D鎂合金常規(guī)磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜呈灰白色，膜

3、層表面均勻平整，高倍下存在一些顯微裂紋。膜層主要含有P、O、Al、Ba、F、Mg、Na等元素，由一些無定形相組成，非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。常規(guī)磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜可以顯著提高A291D鎂合金基體的防護性能，并和基體形成極好的結(jié)合力。 3、封閉對常規(guī)磷化膜的影響 系統(tǒng)研究了封閉對常規(guī)磷酸鹽膜層的影響。結(jié)果表明經(jīng)過封閉的磷化膜層裂紋明顯減少、變窄，表面形貌呈樹葉狀，沿一定方向堆積。非晶態(tài)膜層表面經(jīng)過封閉后會生成一層新的晶態(tài)膜層，該膜層由SiO2

4、、BaSi4O9、Na2SiO3、MgF2、Na2CO3等組成。因此，封閉后的膜層表面更加平整，均勻，致密，全浸泡腐蝕試驗和電化學測試結(jié)果表明封閉可以顯著提高鎂合金磷化膜的抗腐蝕性能。 4、預加鎂合金浸泡后磷化成膜 創(chuàng)造性提出了預加鎂合金浸泡后磷化成膜工藝。預加鎂合金浸泡可以有效減少鎂合金基體的腐蝕，使得鎂合金表面的活性中心增加，磷酸鹽晶核的形成數(shù)量也相應增加，同時又減少了腐蝕電池微陽極面積，所以成膜速度加快，整個磷化反

5、應時間縮短，膜層更加致密、平整、均勻，裂紋明顯減少。腐蝕試驗結(jié)果進一步證實了預加鎂合金浸泡后磷化膜層的抗腐蝕性能明顯比常規(guī)磷化膜層要好。該工藝操作簡單方便，卻能顯著提高磷化膜層的表面質(zhì)量和抗腐蝕性能，完善了鎂合金磷酸鹽轉(zhuǎn)化處理工藝。 5、磁場作用下磷化成膜 首次將磁場運用于A291D鎂合金磷酸鹽成膜過程中。由于成膜離子在洛倫茲力的作用下，既減小了擴散層的厚度，使得界面液相區(qū)的單位面積離子流量增加，又使得離子作定向加速移動

6、，使得晶核的生長速度增加，成膜反應加速。結(jié)果表明磁場作用下的磷化轉(zhuǎn)化膜層表面比常規(guī)磷化膜層表面更加平整、致密，裂紋明顯減少，膜層的耐腐蝕性明顯提高，而且生成致密層的時間縮短，提高了工作效率。 6、磷化成膜機理 系統(tǒng)研究了A291D鎂合金磷化成膜過程，分析了A291D鎂合金磷酸鹽的成膜機理，完善了鎂合金磷酸鹽成膜機理體系。為了找出成膜的最佳時間點和成膜規(guī)律，把成膜過程劃分為三個階段：首先是成膜初期(<10s)，在這階段的成

7、膜主要以基體金屬的腐蝕溶解為主；在10s～10min時間內(nèi)，主要是磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜成核沉積的過程，膜層的生成速度大于膜層腐蝕溶解速度，并逐漸減慢至膜層生成和溶解的動態(tài)平衡點，致密平整的膜層形成。最后在10min～20min時間內(nèi)，成膜速度和膜層溶解速度延續(xù)近似動態(tài)平衡，但由于膜層內(nèi)部的腐蝕溶解和氫氣的析出使得膜層表面變得疏松，裂紋增多、增大。 7、AZ91D壓鑄鎂合金的磷化工藝運用于AZ31鎂合金型材 研究發(fā)現(xiàn)AZ91D壓鑄

8、鎂合金的磷化工藝可以運用于AZ31鎂合金型材，并探索出了新的AZ31鎂合金型材的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜最佳工藝。成膜后AZ31鎂合金的耐蝕性明顯提高。提出了AZ31鎂合金磷酸鹽轉(zhuǎn)化處理技術(shù)的成膜機理。研究發(fā)現(xiàn)膜層的生長特征受基材的微觀組織特點、化學狀態(tài)和型材的成型方向影響。 8、AZ91D鎂合金磷化轉(zhuǎn)化處理技術(shù)的應用 利用本文研究結(jié)果，進行了以中小型零部件為代表的壓鑄AZ91D鎂合金磷酸鹽處理試驗性生產(chǎn)，生產(chǎn)結(jié)果表明能滿足轉(zhuǎn)化處理