磷酸盐转化膜防护涂层在镁合金上的应用研究

论文摘要

镁合金是一种新型结构材料,具有密度小、比强度高、减振性能好等特点,在汽车、航天航空以及家用电器、计算机、通信电子器件等3C领域具有巨大的应用潜力。然而,镁合金的化学活性使其在使用环境下易发生腐蚀破坏,耐蚀性较差已经成为进一步扩大镁合金应用的主要技术瓶颈。化学转化膜作为镁合金表面处理的一种有效方法,具有操作简单易控制、成本低、耐蚀等优点。因此,本论文采用化学转化方法,开展变形镁合金AZ31表面新型锌钙系磷酸盐转化膜体系研究。研究转化膜形貌、结构、耐蚀性能及工艺影响因素和形成机理。运用正交试验,扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）及光电子能谱（XPS）等表面分析技术,以及浸泡腐蚀试验及电化学技术,研究一种新型锌钙系磷酸盐转化膜,优化成膜工艺参数;分析磷化膜表面形貌、结构及耐蚀性能;考察变形镁合金成分和成形工艺对磷酸盐转化工艺及其耐蚀性能的影响;另外,还探讨锌钙磷酸盐成膜机理。研究表明,锌钙磷酸盐转化膜优化工艺为:溶液成分为10g/L Na2HPO4、4g/L NaNO2、6g/L Zn（NO3）2、2g/L NaF和2 g/L Ca（NO3）2,温度为50℃左右,pH值为2.5。锌钙系磷化膜在挤压态AZ31表面所得的膜层呈现晶态结构特征。晶粒间互相堆积、致密,膜层未见明显的缺陷和裂缝。与锌系磷酸盐比较,锌钙系磷酸盐膜更大程度地提高了镁合金的耐蚀性。变形镁合金成分和成形工艺对磷化膜的结构性能有重要的影响。磷化膜的耐蚀性能与基体的及耐蚀性密切相关。或者说,基体的耐腐蚀性越好,其表面磷化膜的耐蚀性越好。变形镁合金AZ31镁合金磷酸盐转化膜形成经历三个阶段:一是镁的腐蚀;二是磷酸盐晶核的形成;三是晶核长大。磷化初期,AZ31镁合金基体作为阳极腐蚀溶解,第二相为阴极发生析氢反应。然后在基体金属的腐蚀区域和第二相(Mg17Al12和AlMn相)周围形成磷酸盐转化膜晶核与长大。成膜过程中,形成的难溶磷酸盐,一部分在基体金属表面微观阴极区处产生新的磷酸盐晶核,另一部分在已经形成的磷酸盐晶核处继续长大,直至各个晶粒相互接界靠紧。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 镁合金腐蚀特征
• 1.2.1 镁腐蚀特点
• 1.2.2 负差数效应
• 1.2.3 合金元素的影响
• 1.2.4 环境因素的影响
• 1.3 镁合金的腐蚀防护
• 1.3.1 金属镀层
• 1.3.2 阳极氧化
• 1.3.3 化学转化
• 1.3.3.1 铬酸盐转化膜
• 1.3.3.2 锡酸盐转化膜
• 1.3.3.3 稀土盐转化膜
• 1.3.3.4 磷酸盐转化膜
• 1.4 磷化膜工艺存在的科学问题
• 1.5 研究意义
• 第二章 实验材料及研究方法
• 2.1 研究思路和主要工作内容
• 2.2 试验材料及成膜工艺
• 2.2.1 试验材料的选择
• 2.2.2 成膜工艺
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 表面形貌观察与组织结构分析
• 2.3.1.1 表面形貌观察
• 2.3.1.2 组织结构分析
• 2.3.2 表面成分分析
• 2.3.3 电化学试验
• 2.3.4 析氢腐蚀试验
• 2.3.5 全浸腐蚀试验
• 2.3.6 结合力测试
• 2.3.7 粗糙度测试
• 第三章 镁合金表面锌钙系磷酸盐转化膜的工艺及耐蚀性研究
• 3.1 引言
• 3.2 转化膜工艺的研究
• 3.2.1 正交试验与结果分析
• 3.2.2 钙离子的影响
• 3.2.2.1 钙离子对磷化膜微观形貌的影响
• 3.2.2.2 钙离子对磷化膜微观结构的影响
• 3.2.2.3 钙离子对磷化膜粗糙度的影响
• 3.2.2.4 钙离子对磷化膜耐蚀性的影响
• 3.2.3 磷化液pH 值的影响
• 3.2.3.1 pH 值对磷化膜微观形貌的影响
• 3.2.3.2 pH 值对磷化膜微观结构的影响
• 3.2.3.3 pH 值对磷化膜耐蚀性的影响
• 3.2.4 温度对磷化膜的影响
• 3.2.4.1 温度对磷化膜微观形貌及成分的影响
• 3.2.4.2 温度对磷化膜微观组织的影响
• 3.2.4.3 温度对磷化膜耐蚀性的影响
• 3.2.4.4 温度对磷化速度影响的作用机理
• 3.3 转化膜的耐腐蚀性能研究
• 3.3.1 析氢腐蚀试验
• 3.3.2 腐蚀过程电位-时间曲线
• 3.3.3 动电位极化曲线研究
• 3.3.4 电化学阻抗研究
• 3.3.5 全浸腐蚀试验
• 3.3.6 涂层结合力测试
• 3.3.7 涂漆后的全浸腐蚀试验
• 3.4 本章小结
• 第四章 锌系和锌钙系磷酸盐转化膜比较研究
• 4.1 引言
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 工艺条件的确定
• 4.2.2 磷化膜表面微观形貌及成分分析
• 4.2.3 磷化膜表面微观结构分析
• 4.2.4 磷化膜的耐蚀性分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 挤压镁合金基材对锌钙系磷化膜质量及耐蚀性的影响
• 5.1 引言
• 5.2 试验材料及方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 基体微观组织观察
• 5.3.2 磷化膜的微观形貌及成分分析
• 5.3.3 磷化膜表面微观结构分析
• 5.3.4 不同基体对磷化膜粗糙度分析
• 5.3.5 中性盐水浸泡耐蚀性分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 AZ31 镁合金锌钙系磷酸盐成膜机理
• 6.1 引言
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 成膜过程研究
• 6.2.2 钙离子的作用
• 6.2.3 成膜机理研究
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果