镁合金表面处理新技术及发展方向

针对镁合金耐蚀差成为阻碍其推广应用的问题,提出了镁合金等离子微弧氧化、激光表面处理、表面渗层处理、表面协合涂层等表面处理新技术,并对镁合金的发展方向作了分析。     

镁合金表面防腐蚀技术的研究进展

镁合金具有众多的优异性能,但其较低的耐蚀性限制了它的进一步发展和应用。综述近年来镁合金的表面防腐蚀处理方法,包括化学转化、阳极处理、电化学镀、物理沉积、热喷涂、离子注入、激光处理等,总结出各方法的优缺点,最后就表面防腐蚀的发展提出几点想法。     

转化温度对镁基钒锆转化膜耐蚀性能影响

研究钒锆转化膜提高AZ31B镁合金的耐蚀性,转化温度对化学转化膜耐蚀性的影响.取偏钒酸钠、氟锆酸钾为转化液主盐,pH值为2.5,转化时间为30 min,设置不同转化温度,在镁合金表面制备新型绿色钒锆化学转化膜;不同转化温度下转化膜耐蚀性检测采用浸泡试验、SEM、电化学工作站等技术设备.结果表明:当转化温度为50℃时,钒锆化学转化膜层表面光滑、平整,在浸泡中腐蚀速率最慢,与镁合金基体相比耐腐蚀电位正移0.1129 V,腐蚀电流密度降低一个数量级,经EDS测试转化膜层元素主要为C、O、Mg、V、Zr、F等.钒锆酸盐化学转化膜有效提高镁合金的耐蚀性,转化温度为50℃时的耐蚀性最好.     

镁合金表面喷涂316L涂层性能研究

用大气等离子喷涂(APS),超音速火焰喷涂(HVOF)和冷喷涂(CS)在镁合金表面制备316L涂层。用SEM及X射线衍射仪分析原始粉末及涂层的形貌和显微组织,用摩擦磨损试验机和电化学试验机考察涂层的摩擦磨损及耐蚀性。结果表明:3种工艺制备的涂层耐磨性和耐蚀性均优于镁合金基体,CS涂层具有最高的硬度及最优异的耐蚀性,但磨损率略高于APS涂层,CS涂层的整体性能更好,对镁合金等轻质合金表面强化的潜力更大。     

离子注入工艺及其应用

<正> 1 前 言 离子注入工艺是一种新兴的表面强化工艺,能够明显地提高材料表层的耐磨性、耐蚀性和抗疲劳能力。它适用于工、模具,精密零部件,电触点,陶瓷,塑料等材料的改性。 离子注入材料表层改性的研究和应用推广到金属材料领域是七十年代中期的重大进展。因为金属材料是消耗量最大的材料之一。据估算,全世界每年约有三分之一的钢铁     

表面处理对镁合金及其复合材料性能的影响

用扫描电镜、动态接触角测量仪、拉压试验机等,对不同表面处理镁合金的表面形貌和特性、玻璃纤维增强树脂/镁合金叠层板(GFRR/Mg)的界面形貌和力学性能进行分析.结果表明:表面处理可提高镁合金表面能和GFRR/Mg叠层板的力学性能.经磷酸盐处理和高锰酸盐处理后,镁合金的表面能分别为85.97 mJ/m2和92.04 mJ/m2,比打磨处理增加了53.7％和64.6％,表面润湿性明显改善.磷酸盐和高锰酸盐处理镁合金制备的GFRR/Mg叠层板界面结合良好,抗拉强度和弯曲强度比打磨处理的GFRR/Mg叠层板稍高.     

镁合金AZ31腐蚀性能研究

利用强流脉冲电子束对镁合金AZ31表面进行快速铝合金化处理。分析表面合金化层的显微结构,测量铝合金化前、后镁合金AZ31样品在5%NaCl溶液中的腐蚀性能。测试结果表明,AZ31样品表面约10μm层深范围内的Al元素含量有所增加,合金化层的晶粒细化,加入的Al元素以固溶形式存在。表层铝元素的添加可提高镁合金AZ31的耐蚀性,原始样品自腐蚀电位为-1231mV,极化电阻为0.4531kΩ·cm2,铝合金化样品的自腐蚀电位提高到-669.1mV,对应极化电阻增加到2.202kΩ·cm2,较原始样品的极化电阻提高近5倍。     

镁合金AZ91D分层电镀镍工艺

采用镁合金表面预镀镍工艺,用其代替氰化物电沉积铜。分析镁合金预处理技术、氟化物处理、化学浸锌、电镀铜锡、预镀镍溶液成分及工艺条件对沉积层的影响,并比较各种工艺参数对铜锡合金层、镍层晶粒尺寸的作用。利用扫描电镜观察各镀层的表面形貌、XRD分析处理层的相组成,用极化曲线分析镀层的腐蚀倾向。结果表明:在此工艺条件下,较为有效地解决了镁合金电镀过程中因与镍电位差过大、易腐蚀不易沉积的问题;可以在镁及镁合金表面形成致密度高、孔隙率低、结合强度好且硬度高的合金镀层。     

AZ31B表面合金化接头显微组织及耐蚀性的研究

采用AZ31B镁合金真空扩散连接工艺,在AZ31B表面形成合金化扩散溶解结构。借助OM、SEM、EDS及XRD等方法分析不同工艺条件下结合界面扩散溶解层的微观组织及组成成分,利用PS-168a型电化学腐蚀测试系统对表面合金化扩散溶解层进行了耐蚀性测试。结果表明:恒温条件下,随保温时间的延长,在AZ31B表面形成宽度不等、与基材呈"锯齿"状咬合的扩散溶解层;扩散溶解层由过渡层和共晶区组成,自腐蚀电流比AZ31B镁合金基体提高约77%。     

硝酸镨对镁合金锌系磷化膜耐蚀性的影响

为提高AZ31B镁合金的耐蚀性,在其表面制备锌系磷化膜,研究硝酸镨浓度对磷化膜的形貌、成分、厚度和耐蚀性的影响.结果表明:随硝酸镨体积浓度从0增至70 mg/L,磷化膜的元素组成均为Zn、P、O,Pr未引入磷化膜,但结晶状态和平整性明显变化,厚度先增后降,导致磷化膜的耐蚀性先逐步提高后下降.硝酸镨浓度为50 mg/L制备的磷化膜厚度达10.2μm,表现出良好的耐蚀性,电荷转移电阻和对镁合金的保护效率最高,分别达5071.8Ω·cm2、79.8％,生锈区域面积较小且腐蚀后表面仍相对平整.     

纳米化锆合金腐蚀机理的分形研究

将纳米化Zr-4合金和普通Zr-4合金进行水腐蚀并得到腐蚀面的SEM,利用计算机图像处理技术提取金属/氧化膜界面形貌图,并研究腐蚀界面形貌的分形特征。研究表明:纳米化Zr-4合金的腐蚀产物更具有保护性,其抗腐蚀性能优于普通Zr-4合金;腐蚀界面的分形分维变化说明纳米化Zr-4合金和普通Zr-4合金腐蚀规律不同,并从分形的角度上进一步揭示纳米化Zr-4合金的腐蚀机理。     

Mg99.2Ca0.6Mn0.2合金在SBF溶液中腐蚀性能的研究

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪及腐蚀质量损失试验、电化学腐蚀试验,研究铸态和挤压态Mg99.2Ca0.6Mn0.2合金(原子数分数)在SBF溶液中的腐蚀行为及腐蚀性能。结果表明:Mg99.2Ca0.6Mn0.2合金的腐蚀速率随着时间的延长而降低;挤压可显著提高合金的耐蚀性。经过11 d浸泡后,铸态合金的平均腐蚀速率从最初的15.43 mm/a下降到8.64 mm/a,挤压态合金的平均腐蚀速率从10.68 mm/a下降到3.79 mm/a。挤压态合金的瞬时腐蚀速率为4.070 9 mm/a,比铸态降低33.3%。铸态Mg99.2Ca0.6Mn0.2合金在SBF溶液腐蚀的过程中产生氢气和Mg(OH)2沉淀,Mg(OH)2疏松多孔,不能对合金起到很好的保护作用。     

电力用铝合金超疏水耐腐蚀膜层的制备与表征

用草酸阳极氧化、氟钛酸铵封孔再经硬脂酸表面修饰,在2 A12铝合金表面制备超疏水耐腐蚀膜层。表征其微观形貌、表面成分和物相组成,测试膜层表面润湿性及耐蚀性。结果表明:氟钛酸铵封孔过程中生成Ti(OH)₄起填充孔洞,改善阳极氧化膜的致密性,疏水状态较好,耐蚀性提高。阳极氧化膜封孔后再经表面修饰未生成新物相,但形成微纳米粗糙结构,水滴接触角达150.8°,呈超疏水状,耐蚀性进一步提高。封孔-修饰后阳极氧化膜具有微纳米粗糙结构和较低表面能,减少了腐蚀接触面积并抑制腐蚀,显著提高2A12铝合金耐蚀性,在电气用铝合金腐蚀防护方面具有应用前景。     

石墨烯对7050高强铝合金微弧氧化陶瓷膜层组织性能的影响

为解决7050高强铝合金在海洋环境中的腐蚀、磨损问题,设计了涂层结构以延长其使用寿命。采用微弧氧化（MAO）技术,以硅酸盐为主要电解液成分,通过加入不同浓度的石墨烯添加剂,在7050高强铝合金表面制备含石墨烯的陶瓷膜层。利用扫描电镜（SEM）、体视显微镜、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、涂层附着力自动划痕仪以及电化学工作站,研究含石墨烯的MAO陶瓷膜层形貌、粗糙度、相组成和元素分布、结合力以及耐蚀性。结果表明：石墨烯添加剂的加入使得陶瓷膜层表面微孔尺寸降低、结构致密,且主要是由α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃组成;当石墨烯添加剂浓度为10 g/L时,MAO陶瓷膜层粗糙度最低,为857.835 nm,且结合力最好,达到46 N;膜 层的腐蚀电位最大,腐蚀电流最小,耐腐蚀性最好。     

船用Cu-2.05%Sn-1.05%Al合金耐海水腐蚀性能研究

研究了Cu -2 .0 5%Sn -1 .0 5%Al合金在流动海水中的腐蚀性能。实验包括失重率的测定 ,利用XRD、EDX对表面氧化物及铜绿成分进行分析和测定及SEM等手段对腐蚀试样形貌进行观察。结果表明 ,表层形成了Cu2 O、Al2 O3铜绿等物质 ,铜绿主要由Cu46 Cl2 4(OH) 6 8·(H2 O) 4 组成。点蚀不严重 ,少量分离的点蚀可能是在Cu2 O膜不连续处或裂纹等处形成。腐蚀速率为 0 .0 1 2 5mm/a。     

高硅铝合金缸套材料腐蚀加工技术研究

采用三维视频显微金相技术对高硅铝合金缸套材料的组织构成、颗粒尺寸以及碱腐蚀深度进行测试与评价;用激光共聚焦显微镜技术对碱腐蚀界面颗粒凹凸以及表面纹理进行观察与描述;用往复式摩擦磨损实验机对碱腐蚀试样进行摩擦学性能评价。结果表明:高硅铝合金组织中主要由硅颗粒及第二相硬质点颗粒构成,平均硅颗粒尺寸为4.00μm,平均第二相颗粒尺寸为3.05μm;随腐蚀时间、深度的增加,腐蚀界面区域增大,表面凸凹及纹理更加清晰,当碱的质量分数为5%,溶液温度为40℃,腐蚀时间为30~40 s,摩擦学性能最优越。     

激光熔敷合金层组织及腐蚀磨损特性研究

利用ＣＯ＿２连续激光器在４５钢表面进行了激光熔敷镍基合金、镍基Ｃｒ＿２Ｏ＿３合金和镍基ＷＣ合金，以２Ｃｒ１３不锈钢为对比材料，系统地研究了激光熔敷层在不同冲击速度和腐蚀介质浓度下的腐蚀磨损特性，并根据组织分析、显微硬度测试及腐蚀磨损后的表面形貌观察，探讨了激光熔敷层的腐蚀磨损过程。结果表明：激光熔敷层的腐蚀磨损性能均比２Ｃｒ１３不锈钢好。     

NaCl介质中AZ31镁合金的动态电化学腐蚀行为研究

通过自腐蚀电位、电化学阻抗谱以及介质pH值测量研究AZ31镁合金在3.5%NaCl介质中的动态腐蚀行为,用光学显微镜、扫描电子显微镜对腐蚀形貌进行观察,讨论AZ31镁合金的腐蚀机理。结果表明:AZ31镁合金在3.5%NaCl介质中的耐蚀性能较差;腐蚀从局部区域开始,初期以点蚀为主要特征;由于Mg(OH)2等腐蚀产物结构松散、分布不均匀,不能有效阻止腐蚀的发展,致使镁合金表面在较短时间内被严重破坏。     

铀铌合金在水溶液中的电化学腐蚀行为

采用电化学方法研究了铀铌合金在 50 μg/ gCl- ,2mol/LH2 SO4和 1mol/LNaOH介质中的电化学腐蚀行为 ,并用X射线光电子能谱 (XPS)分析了电化学腐蚀产物的组成和价态。结果表明 ,铀铌合金的电化学腐蚀行为与溶液的 pH值关系极大 ,铀铌合金电化学腐蚀后表面总是存在合金组分铌的富集。     

等离子喷涂Al_(65)Cu_(23)Fe_(12)涂层的组织与性能研究

采用等离子喷涂方法在AZ31镁合金表面制备一层Al65Cu23Fe12涂层以改善其表面性能。通过OM、XRD及EDS等分析方法,分析了涂层热处理前后的组织及性能。结果表明:等离子喷涂Al65Cu23Fe12涂层组织由Al65Cu20Fe15准晶相和Al(Cu,Fe)相两相组成;经过T4和T6处理后,相组成没有发生变化,T6处理使准晶相含量明显增加,由喷涂态的31.3%(原子分数)提高到40.4%(原子分数);Al65Cu23Fe12涂层的硬度与其准晶含量呈正比,T6态下的准晶含量最多,硬度最大,达到752.8HV0.1,比喷涂态提高了22.2%,远远大于AZ31基体的硬度;涂层的耐腐蚀性(自腐蚀电位=-1.22～-0.79V,自腐蚀电流密度=21.5～58.7A/m2)远高于基体的耐腐蚀性(自腐蚀电位=-1.6V,自腐蚀电流密度=135.8～242.7A/m2)。热处理使涂层和基体的耐蚀性能降低。