镁合金无铬化学转化及有机涂层防护研究

论文摘要

镁合金密度低、比强度高、导电导热好、可回收利用被誉为二十一世纪的绿色工程材料,近年来在汽车、航空、通讯、电子、机械等领域得到广泛的应用。但镁合金的耐腐蚀性能较差是阻碍其应用的主要因素,其应用前景在很大程度上取决于防护措施。研究镁合金的腐蚀机理,开发防护技术,对于推进镁合金的产业化具有重大的意义和应用价值。本文主要是针对镁合金表面无铬化学转化工艺进行了研究,获得了耐蚀性良好的转化膜,以及转化溶液pH值的变化对转化膜耐蚀性能的影响,成膜机理。并对试样进行有机涂装,研究有机涂层的性能。选用无铬的磷酸盐-高锰酸盐-调整pH值的化学转化方法,得到不同的转化膜。并采用金相显微镜、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、腐蚀失重、拉伸试验等方法对镁合金表面转化膜的宏观及微观形貌、化学成分、相结构、耐腐蚀性能及结合强度进行了检测和分析。转化后的AZ91D镁合金在3.5% NaCl溶液中进行腐蚀浸泡试验,转化膜的耐蚀性随转化液的pH值的升高先升高后降低,当转化液的pH值在45之间时,转化膜的耐蚀性最佳,优于DOW7配方。经检测转化膜为非晶态结构,表面均匀,主要成分为:Mg、Al、Mn、O元素,并由这些元素的氧化物、氢氧化物MgO、Mg（OH）2、MgAl2O4、Al2O3、Al（OH）3、MnO2组成。MgAl2O4、Al2O3、MnO2能对基体起到良好的保护作用。磷酸盐-高锰酸盐转化液的pH值对转化膜的耐蚀性有重要的影响。转化膜上存在大量微裂纹可不经任何表面粗糙处理即可进行有机涂层处理。然而AZ31镁合金上转化膜的耐蚀性较差,比AZ91D镁合金的要低一个数量级,对基体起不到保护作用。主要是由于AZ31形成的转化膜的不连续分布与其形成电偶,加速了合金的腐蚀。然后对转化后的AZ91D镁合金进行有机涂装处理,以Q235作为对比试验,有机涂层与前者的结合力优良,均优于后者。通过SEM检测有机涂层和基底结合面断面,发现有机涂层均匀分布。进一步证实了AZ91D镁合金通过该无铬化学转化得到的转化膜为后续的有机涂装提供了良好的基底。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 镁及镁合金的概况
• 1.1.1 镁的基本性质
• 1.1.2 镁合金的特点
• 1.2 镁合金的发展及应用
• 1.2.1 镁合金的发展前景
• 1.2.2 镁合金的应用
• 1.3 镁合金腐蚀与防护研究的意义
• 1.4 镁合金腐蚀与防护研究的进展与现状
• 1.5 课题背景及本论文工作
• 第二章 镁的腐蚀电化学原理
• 2.1 镁腐蚀的倾向
• 2.1.1 热力学倾向
• 2.1.2 电位-pH 图
• 2.2 镁的表面膜
• 2.3 镁的腐蚀机理
• 第三章 镁合金的腐蚀机理及防护途径
• 3.1 镁合金自然腐蚀的电化学原理
• 3.1.1 α基相
• 3.1.2 第二相
• 3.1.3 其它相
• 3.1.4 杂质与缺陷
• 3.2 影响镁合金的腐蚀性能因素
• 3.2.1 化学成分
• 3.2.2 生产工艺
• 3.2.3 大气
• 3.3.4 水
• 3.3.5 土壤
• 3.3.6 酸、碱、盐
• 3.3 镁合金腐蚀防护途径
• 3.3.1 合金化
• 3.3.2 热处理
• 3.3.3 缓蚀剂
• 3.3.4 表面处理
• 第四章 试验内容及方法
• 4.1 研究内容及目的
• 4.2 试验材料的制备
• 4.3 试验设备及装置
• 4.4 试验过程及工艺
• 4.4.1 预磨
• 4.4.2 前处理
• 4.4.3 化学转化处理
• 4.4.4 表面膜的耐蚀性试验
• 4.4.5 试样的表面观察和表面膜的成分分析
• 4.4.6 有机涂料涂装及结合力试验
• 第五章 AZ91D镁合金无铬化学转化膜的研究
• 5.1 试验结果
• 5.2 试验分析
• 5.3 小结
• 第六章 AZ31 与AZ91D镁合金转化膜耐蚀性分析
• 6.1 试验结果
• 6.2 结果分析
• 6.2.1 pH 值对镁合金转化膜的影响分析
• 6.2.2 耐蚀性分析
• 6.3 小结
• 第七章 有机涂层的性能测试及研究
• 7.1 有机涂料
• 7.1.1 氟碳涂料
• 7.1.2 聚氨酯树脂
• 7.2 试验结果
• 7.3 分析与讨论
• 7.4 小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢