AZ91D镁合金稀土转化膜成膜工艺及膜层性能的研究

论文摘要

20世纪90年代,全球范围掀起了镁合金开发应用的热潮。镁由于性能独特,正在成为继钢铁、铝之后的第三大金属工程材料,被誉为“21世纪绿色工程材料”。然而,耐蚀性差却成为制约其发挥性能优势的主要因素之一。因此,进行适当的表面处理以增强现有镁合金的耐蚀性具有重要的现实意义。化学转化膜处理因其操作简单、成本低廉,是镁合金防腐蚀的有效方法。该技术一般是在酸性或中性的含六价铬的溶液中进行,但铬对人体健康非常有害。目前,镁合金无铬转化处理中受广泛关注的方法就是稀土转化处理,以稀土为主盐的溶液生成的转化膜无毒,对环境和人体的危害较小,能显著提高镁合金的耐蚀性。本文研究开发出分别以硝酸铈和混合稀土为主盐的两种镁合金表面稀土化学转化膜处理液配方及相关工艺。采用正交实验初步确定了影响因素的主次顺序,并分析了各因素对转化膜生长过程和性能的影响。在此基础上,本文主要分析了工艺参数对稀土转化膜成膜厚度、表面形貌、耐蚀性的影响。其次,通过点滴实验、浸泡腐蚀实验、析氢腐蚀实验等不同实验方法研究了镁合金两种转化膜的膜层的耐腐蚀性能,并通过金相显微镜、SEM、XRD等技术,系统的研究最佳工艺参数下两种转化膜的形貌、结合力、成分等基本信息。结果表明,两种稀土转化膜工艺都能够使镁合金的耐腐蚀性能得到了很大的改善,两种转化膜都均匀、致密,完全的覆盖了基体表面,对比两种稀土转化膜,铈转化膜在形貌结构、耐蚀性能方面都稍优于混合稀土转化膜,但都可以为镁合金提供暂时的表面腐蚀防护;而混合稀土在价格上较铈便宜,使用混合稀土制备转化膜可以节约成本,所以两种膜都具有良好的推广应用前景。最后,本文采用扫描电子显微镜分别对不同成膜时间形成的两种镁合金稀土转化膜表面形貌进一步分析,提出了镁合金稀土化学转化膜的形成原理,并对两种化学转化膜的结构及形成机理进行了初步的探讨,然后对己有的实验事实给予了合理的解释,课题的研究成果将拓宽稀土表面处理在镁合金中的实际应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 镁及镁合金的概述
• 1.1.1 镁及镁合金的基本性质
• 1.1.2 镁合金的应用现状
• 1.2 镁合金的腐蚀
• 1.2.1 镁合金腐蚀的基本特征
• 1.2.2 镁合金腐蚀性能的影响因素
• 1.2.3 镁合金腐蚀的基本类型
• 1.3 镁合金的表面防护处理
• 1.3.1 表面清洗
• 1.3.2 化学氧化处理
• 1.3.3 阳极氧化处理
• 1.3.4 有机涂层及其他特殊涂层
• 1.4 镁合金表面化学转化膜技术
• 1.5 镁合金稀土化学转化膜
• 1.6 论文的选题依据
• 1.7 本课题研究的主要内容
• 2 实验材料及研究方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 主要试剂
• 2.2.2 膜层制备
• 2.2.3 成膜工艺的正交优化实验
• 2.2.4 膜层形貌及成分分析
• 2.2.5 膜层结合力测试
• 2.2.6 膜层耐蚀性检测
• 3 稀土转化膜成膜工艺研究
• 3.1 稀土转化膜的工艺优化
• 3.1.1 正交实验
• 3.1.2 数据分析模型的建立
• 3.1.3 设计正交直观框图
• 3.2 两种配方中各个因素的影响
• 3.2.1 铈盐各因素与转化膜耐蚀性的关系
• 3.2.2 富镧稀土盐各因素与转化膜耐蚀性的关系
• 3.2.3 溶液pH 值的影响
• 3.3 工艺参数对成膜效果的影响
• 3.3.1 处理温度对膜层表面形貌的影响
• 3.3.2 处理温度对膜层耐蚀性的影响
• 3.4 本章小结
• 4 稀土转化膜层性能研究及微观分析
• 4.1 引言
• 4.2 膜层的耐蚀性分析
• 4.2.1 点滴实验
• 4.2.2 浸泡腐蚀实验
• 4.2.3 析氢腐蚀实验
• 4.3 膜层的形貌分析
• 4.4 膜层与基体的结合力分析
• 4.5 膜层的成分和结构分析
• 4.6 本章小结
• 5 稀土转化膜的成膜过程及成膜机理的初步探讨
• 5.1 引言
• 5.2 两种稀土转化膜成膜机理的研究
• 5.2.1 SEM 观察
• 5.2.2 稀土转化膜成膜过程的初步探讨
• 5.2.3 两种稀土转化膜的成膜机理的研究
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间学术论文及科研情况
• 致谢