生物可降解Zn-x Mg合金的力学性能及腐蚀机理研究

锌因具有良好的可降解性和耐腐蚀性,近年来成为生物可降解金属材料研究的热点。研究以纯Zn粉和Mg粉为原材料,通过放电等离子烧结技术制备了不同分数的Zn-(0,5,10,15,20wt%) Mg合金。利用扫描电镜、万能力学实验机等研究了不同镁含量该合金的力学性能及其在模拟体液中的腐蚀性能和机理。结果表明:SPS制备的Zn-Mg合金的结构致密,其致密度都大于95%。与纯Zn相比,随着镁含量的增加,该合金的硬度和压缩强度得到了显著提高,其中Zn-10Mg表现出最佳的力学性能,其显微硬度为364.7 HV3,压缩强度为555 MPa,弹性模量为10.0 GPa;在腐蚀实验中,Zn-15Mg的腐蚀速率最低,为0.4 mm/a,符合可降解植入材料的要求(小于0.5 mm/a)。     

化学镀镍磷合金在海洋环境中的腐蚀行为

将不同基材、不同磷含量的化学镀镍磷合金镀层样品在南海海洋大气环境中进行大气暴露试验,观察其腐蚀行为,并进行对比分析,优选出海洋环境耐腐蚀性能好的镀层工艺。结果表明,在海洋大气环境中,高磷镀层比中磷镀层耐腐蚀性能好;Q195基材镍磷合金镀层耐腐蚀性能优于铝基材镀层,而铝基材镀层中,LF6M基材镀层优于LF21M基材镀层,LY12-CZ基材镀层耐腐蚀性能最差;海洋大气环境中的Cl^- 是镍磷合金阴极镀层的主要腐蚀原因。     

NdFeB磁性材料化学镀Ni-Cu-P合金耐腐蚀性研究

利用化学镀方法获得了4种不同Cu和P含量的Ni-Cu-P三元合金镀层。采用电化学极化曲线方法测量了Ni-Cu-P镀层的腐蚀电位、腐蚀电流密度,并对其进行了HNO3溶液腐蚀失重实验。结果表明,随镀层中Cu和P含量的不同,镀层结构分别由晶态、混晶态和非晶态组成。而且Ni-Cu-P镀层的耐腐蚀性能随镀层的微观结构的变化而变化,4种镀层中,非晶态镀层的耐腐蚀性能最好,晶态镀层的耐腐蚀性能最差。     

银含量对多孔镁银合金组织和耐腐蚀性能的影响

研究了银含量对粉末冶金技术制备的多孔镁银合金显微组织、物相组成和耐腐蚀性能的影响。SEM分析表明在多孔镁基体中加入银元素后,多孔合金孔壁的晶粒细化,致密度增加。XRD和EDS分析表明多孔Mg-3%Ag合金由单相α-Mg固溶体组成,而Mg-4%Ag合金由α-Mg和Mg4Ag两相组成,具有阴极强化性质的Mg4Ag相呈网状分布在晶界上。耐腐蚀性测试表明,多孔镁银合金比纯多孔镁的耐腐蚀性好。多孔Mg-3%Ag合金具有最佳的耐腐蚀性能,其自腐蚀电位(-1.4073 V)最大、维钝电流密度(3.4169×10-4 A·cm-2)最低,在人体模拟体液中浸泡48 h后腐蚀速率(0.162 mm/a)最低,腐蚀后其表面仅有少量的腐蚀产物。     

Mg对Zn-6%Al镀层凝固组织的影响及耐腐蚀性的研究

研究了Mg含量对Zn-6%Al合金镀层凝固组织及其耐腐蚀性能的影响。结果表明,Mg对合金镀层凝固组织和耐腐蚀性的影响明显,当Mg含量在3%以内时,随着Mg含量的增加,镀层凝固组织中出现了耐腐蚀相MgZn2,晶粒不断细化,形成了Zn/Al/MgZn2三元共晶,并且随着Mg含量升高更加均匀致密,镀层的耐腐蚀性不断增强;当Mg含量达到3%时,镀层的耐腐蚀性能最好;Mg添加量超过4%后,镀层耐蚀性有所下降,进一步添加Mg镀层会出现漏镀等质量缺陷。XRD分析表明,含Mg镀层表面经过盐雾腐蚀后主要形成具有优良耐腐蚀性的腐蚀产物Zn5(OH)8Cl2.H2O,Mg促进了腐蚀产物Zn(OH)2向Zn5(OH)8Cl2.H2O的转变,有利于镀层耐腐蚀性的提高。     

MgO/Mg生物复合材料的制备及其腐蚀行为

采用粉末冶金和热压烧结的方法制备以MgO陶瓷粉末(质量分数分别为5%、10%和20%)为增强相的MgO/Mg镁基生物复合材料,并用XRD和SEM表征其显微组织结构。以纯镁金属作为对照样,分别采用失重腐蚀、动电位极化扫描和电化学阻抗谱研究不同MgO含量的镁基复合材料在模拟体液(简称SBF)中的腐蚀降解速率和腐蚀行为。结果表明:MgO/Mg镁基复合材料与纯镁金属具有相同的腐蚀机制,MgO在镁基体中的均匀、连续分布,可以提高镁基复合材料整体的耐腐蚀性能,其耐蚀性随着MgO含量的增加而改善,20%MgO/Mg复合材料表现出最好的耐腐蚀性能。     

汽车用Mg-6Al-1.2Zn合金的组织与腐蚀性能

以Ca微合金化的Mg-6Al-1.2Zn系合金为研究对象,利用电化学法、失重法等研究了Ca含量对合金铸态和热处理态试样的组织与耐腐蚀性能的影响。结果表明,不同Ca含量的Mg-6Al-1.2Zn-xCa合金的铸态组织主要由α-Mg固溶体和β-Al12Mg17相组成;随着Ca含量的不同,合金中β-Al12Mg17相的数量与形态存在一定的差异。经过固溶时效处理后合金的腐蚀电位都发生了正向移动,腐蚀电流降低,合金的耐腐蚀性能得到提高,Ca含量为1%的Mg-Al-Zn-Ca合金具有优良的耐腐蚀性能。     

光电子器件外壳脉冲电镀镍钴合金工艺及其耐蚀性

目的开发一种脉冲电镀镍钴合金工艺,并研究其镀层的耐腐蚀性能,以期将其应用于光电子器件外壳电镀领域。方法采用脉冲电镀的方式获得电镀镍钴合金镀层,通过腐蚀失重试验、极化曲线测试以及电化学阻抗谱测试等方法考察镀层的耐腐蚀性能,通过场发射扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪等设备对镀层的表面微观形貌、成分和晶体结构进行了表征,并与传统的电镀氨基磺酸镍工艺进行了抗腐蚀性能的比较。在耐腐蚀性能最优的工艺条件下,对公司某型号光电子器件外壳进行了镍钴合金电镀,并对产品的镀层进行一系列考核。结果随着Co含量的增加,脉冲电镀镍钴合金镀层的结晶更均匀致密,晶粒、镀层孔隙更小。在3.5%NaCl溶液中,随着Co含量的增加,脉冲电镀镍钴合金镀层的自腐蚀电位正移,自腐蚀电流密度减小,电荷转移电阻增加。Co含量25%的脉冲电镀镍钴合金镀层的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度分别为-331 mV和2.26μA/cm~2,电荷转移电阻是212.62 kΩ。产品的镀层质量、引线涂敷强度、引线疲劳等考核均满足相关标准要求。结论脉冲电镀镍钴合金镀层的耐蚀性随着Co含量的增加而增强。在3.5%的NaCl溶液中,Ni-Co(25%)的镀层自腐蚀电流仅是Ni镀层的44%。开发的脉冲电镀镍钴合金工艺可以应用于光电子器件外壳电镀领域。     

AlCl_3-NaCl熔盐扩散增强纯镁耐腐蚀性的研究

对纯镁表面采用AlCl3-NaCl熔盐扩散处理,金相和SEM观察结果显示镁表面生成了厚度为10um左右的均匀合金层,XRD测试表明该合金层由单质镁和镁铝金属间化合物Mg17Al12、ε-MgAl、β-MgAl组成,用电极电位曲线、交流阻抗分析以及极化曲线比较熔盐扩散处理前后镁的耐腐蚀性能,结果显示熔盐扩散处理后镁的电极电位显著提高,腐蚀速率降低,较好地提高了镁的耐腐蚀性能.     

Mg-Zn-Ca三元镁合金生物材料的腐蚀行为

以Zn与Ca为合金组元,采用熔融浇注法制备3种Ca含量分别为1%、2%和3%的Mg-Zn-Ca三元镁合金生物可降解材料,并对3种镁合金在Hank模拟体液中的质量损失腐蚀及电化学腐蚀行为进行研究。对不同腐蚀时间的合金表面形貌以及合金组织和相成分进行分析。结果表明:镁合金的腐蚀是从镁基相的点蚀开始的,含Ca量为1%的镁合金表现出良好的抗腐蚀性能;合金中Mg2Ca相的分布显著影响合金的耐腐蚀性能,合金体中Mg2Ca相的含量随着合金中Ca含量的增加而增加,导致合金的抗腐蚀性能变差。     

掺杂镍对镁合金表面冷喷涂锌基涂层性能的影响

目的研究镍添加对冷喷涂锌基涂层耐蚀性的影响,为镁合金提供有效的防护涂层。方法采用低压冷喷涂技术在镁合金基体表面分别制备锌基和锌/镍基复合涂层,通过微观观察、摩擦磨损实验、电化学极化法和电化学阻抗谱测试及全浸泡腐蚀试验,研究镁合金表面冷喷涂涂层的结构、摩擦磨损行为和耐蚀性。结果镁合金表面冷喷涂锌基涂层后,其硬度和耐磨性得到显著提高,掺镍后的锌/镍基涂层具有更高的硬度和耐磨性。锌基和锌/镍基涂层均能为镁合金提供腐蚀防护,锌/镍基涂层比锌基涂层具有更好的耐蚀性。相对镁合金来说,锌基涂层和锌/镍基涂层的自腐蚀电位分别正移了260 mV和560 mV;长期腐蚀后锌/镍基涂层形成了更致密的腐蚀产物膜,腐蚀电阻显著高于锌基涂层。结论冷喷涂锌基和锌/镍复合涂层均能对镁合金提供防护作用,掺杂镍后的锌/镍基复合涂层具有更高的硬度、耐磨性和耐蚀性。     

Effects of annealing heat treatment on the corrosion resistance of Zn/Mg/Zn multilayer coatings

Zn coatings alloyed with magnesium offer superior corrosion resistance compared to pure Zn or other Zn-based alloy coatings. In this study, Zn/Mg/Zn multilayer coatings with various Mg layer thicknesses were synthesized using an unbalanced magnetron sputtering process and were annealed to form Zn-Mg intermetallic phases. The effects of the annealing heat treatment on the corrosion resistance of the Zn/Mg/Zn multilayer coatings were evaluated using electrochemical measurements. The extensive diffusion of magnesium species into the upper and lower zinc layer from the magnesium layer in the middle of the coating was observed after the heat treatment. This phenomenon caused (a) the porous microstructure to transition into a dense structure and (b) the formation of a MgZn₂ intermetallic phase. The results of the electrochemical measurements demonstrated that the heat treated Zn/Mg/Zn multilayer coatings possessed higher levels of corrosion resistance than the non-heat treated coatings. A Zn/Mg/Zn multilayer coating with MgZn₂ and (Zn) phases showed the best corrosion resistance among the heat treated coatings, which could be attributed to the reduced galvanic corrosion effects due to a small potential gradient between the MgZn₂ and zinc.     

Characterization of the corrosion performances of as-cast Mg–Al and Mg–Zn magnesium alloys with microarc oxidation coatings

In the present study, corrosion-protective microarc oxidation (MAO) coatings were prepared on AZ31B, AZ80, and ZK60 cast magnesium alloy substrates in an alkaline silicate electrolyte. The corrosion performances of the uncoated and MAO-coated alloys were investigated using electrochemical and salt spray chamber corrosion tests. The microstructure characterization and experimental results show that among the three alloys studied, the ZK60 Mg alloy exhibited the best and AZ31B the least corrosion resistance under the salt spray conditions. The MAO coating provided robust corrosion protection of the Mg substrates and resulted in a significant decrease in the corrosion rate of the alloys by 3–4 orders of magnitude. The MAO coating on ZK60 alloy showed better corrosion protectiveness than that on the AZ series alloys due to the incorporation of different alloying elements in the coating, especially the Zn and Al elements, which are from the Mg substrate. The corrosion performances and mechanisms of the uncoated and MAO-coated Mg alloys are interpreted in terms of the microstructure and phase/chemical compositions of both the substrates and coatings.     

Corrosion resistance of calcium-modified zinc phosphate conversion coatings on magnesium–aluminium alloys

The influence of the microstructure of the calcium-modified zinc phosphate (Zn–Ca–P) conversion coatings of Mg–Al alloys on corrosion resistance was investigated using OM and SEM and hydrogen evolution tests. The results demonstrated that the Zn–Ca–P coatings markedly enhanced the corrosion resistance of the alloys. The microstructure and chemical compositions of the alloys exerted a significant influence on the corrosion resistance of their coatings. A model was proposed to elucidate the formation mechanism of the porous Zn–Ca–P coating on the AM30 alloy.     

不同成分Al-Mg3Sb2复相涂层的组织和性能

目的研究Mg_3Sb_2含量对Al-Mg_3Sb_2复相涂层组织、耐蚀性和硬度的影响,对比纯Al涂层和添加不同含量Mg_3Sb_2涂层性能的差异。方法采用氧乙炔火焰喷涂技术和自制的Mg_3Sb_2粉末,在AZ31B镁合金表面制备不同成分的Al-Mg_3Sb_2复相涂层。采用扫描电镜(SEM)观察了涂层的微观组织,利用X射线衍射仪(XRD)分析了球磨粉末和涂层的物相组成,通过电化学工作站(CHI660e)对试样在3.5%Na Cl溶液中进行电化学腐蚀性能测试,并用显微硬度计测试了涂层的硬度。结果经火焰喷涂之后,获得了不同成分的Al-Mg_3Sb_2复相涂层,涂层中的物相主要为Al和Mg_3Sb_2。当Mg_3Sb_2的质量分数为40%和60%时,涂层组织致密,气孔、裂纹等组织缺陷较少。Tafel极化曲线测试中,随着第二相Mg_3Sb_2质量分数的增加,涂层的腐蚀电位逐渐正移。当质量分数达到80%时,其腐蚀电位为-0.9819 V,比纯Al涂层正移417.3 m V,腐蚀电流密度为0.048×10-3 A/cm2,约是纯Al涂层的1/2。显微硬度结果显示随着Mg_3Sb_2含量的增加,涂层的硬度逐渐提高,当质量分数达到80%时,涂层的平均硬度达到334.2HV,是纯Al涂层的6.79倍。结论Mg_3Sb_2的加入可以获得组织较好的涂层,随着其含量的增加,涂层的耐蚀性和显微硬度逐渐提高。     

镁合金表面制备高红外发射率和高导电率热控膜层

目的通过电沉积方法在镁锂合金表面制备具有高红外发射率以及高导电率的镀层,满足其在太空中散热以及电磁屏蔽的需要。方法通过前处理工艺(碱洗→酸洗→预钝化→化学镀镍磷→电镀铜)提高镁锂合金基体的耐蚀性能以及与后续镀层的结合力,并在此镁锂合金前处理工艺的条件下,电沉积多孔Zn-Ni合金镀层。通过热循环测试和电化学方法评价各镀层的电化学腐蚀行为和各镀层之间的结合力。结果各镀层之间的结合力良好,化学镀Ni-P层、电镀Cu层和多孔Zn-Ni层的耐蚀性能均优于镁锂合金基体,该组合镀层的协同作用可以有效地保护镁锂合金基体,提高其耐蚀性。结论最外层多孔Zn-Ni合金镀层主要由Ni2Zn11、NiO、NiS组成,其红外发射率为0.90,电阻率小于0.01 m?/cm。这表明多孔结构可以有效提高金属合金镀层的红外发射率,并保持合金镀层的高导电性。     

工艺参数对电沉积制备铝镁合金的影响

目的以AlCl_3和LiAlH_4为溶质,苯和四氢呋喃为溶剂,进行电沉积铝镁合金,探索制备铝镁合金的最佳工艺条件。方法在AlCl_3-LiAlH_4-苯-四氢呋喃体系中,采用镁作阳极,通过预电沉积获得一定浓度的Mg~(2+),从而进行电沉积制备铝镁合金镀层。改变电流密度、沉积时间、预电沉积时间和预电沉积次数等参数,以探究工艺参数对铝镁镀层的形貌、晶粒大小和镁含量的影响,并通过SEM和EDS检测和分析铝镁合金的镀层形貌、成分及含量。结果镀层主要成分为Al_3Mg_2和Al_(12)Mg_(17),当电流密度为16.67 m A/cm~2时,获得的镀层表面效果最好,其晶粒尺寸可达1~2mm。预电沉积次数越多,通过预电沉积获得的Mg~(2+)越多,铝镁合金镀层中镁的含量越高,最高可达2.93%(质量分数)。结论在一定范围内,镀层中的镁含量随预电沉积时间的增加而提高。预电沉积次数越多,通过预电沉积溶解的Mg~(2+)越多,铝镁合金镀层中的镁含量越高。当沉积时间过长时,不利于镀层中镁含量的提高。铝镁镀层中的镁含量越高,电化学阻抗越大,腐蚀电位越大,镀层的耐腐蚀性能越好。     

硼酸对镁合金达克罗涂层耐蚀性能的影响

目的提升镁合金的耐腐蚀性能。方法采用电化学测试、盐雾试验、XRD及SEM等方法,研究了不同硼酸添加量对AZ31镁合金达克罗涂层组织与耐蚀性能的影响,并分析其成膜机理。结果镁合金达克罗涂层主要由Zn、Mg、MgCrO_4、ZnO、MgO、Cr_2O_3、CrO_3组成,添加硼酸后,涂层中出现B_2O_3。MgCrO_4、MgO含量随着硼酸含量的增加而降低,而Cr_2O_3和CrO_3含量增加,并在硼酸加入量(质量分数)为2%的涂层中达到极限值。未添加硼酸的达克罗涂层表面存在微孔及微裂纹,添加2%硼酸的涂层的致密性能得到提高,当进一步增加硼酸含量时,涂层的致密性再次降低。添加2%硼酸涂层的腐蚀电流密度为5.068×10~(-5)A/cm~2,比未添加硼酸涂层时降低了1个数量级。涂层的电化学阻抗谱容抗弧半径和阻抗值,均在2%硼酸添加量时达到最大值,此时涂层耐蚀性能最好。结论硼酸具有促进成膜的作用,添加2%硼酸能够增加涂层的致密性,提高涂层的耐蚀性能。     

Influence of substrate composition on the formation of phytic acid conversion coatings

In this paper, the formation and corrosion resistance of the phytic acid conversion coatings on Mg, Al, and AZ91D magnesium alloy were contrastively investigated using scanning electronic microscopy (SEM), Auger electron spectroscopy (AES), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), electronic probe microscopic analyzer (EPMA), electronic balance, and electrochemical methods. The influence of phytic acid conversion coating as a middle layer on the properties of the paint on magnesium alloys was also investigated. The results show that the formation process of the conversion coatings is evidently influenced by the compositions of the substrate. The coating on pure aluminum is thinner and compacter than that on pure magnesium and the coating formed on α phase in AZ91D magnesium alloy is thinner but denser than that on β phase. The phytic acid conversion coatings formed on Mg, Al, and AZ91D magnesium alloy can all increase their corrosion resistance. The active functional groups of hydroxyl and phosphate radical are rich in the conversion coatings, which can improve the bonding between the organic paint and magnesium alloy and then improve their corrosion resistance.     

镁合金等离子喷涂Al/Al_2O_3涂层的耐腐蚀性能

采用等离子喷涂技术在AZ31镁合金表面制备Al/Al_2O_3复合涂层,测试了镁合金及表面喷涂有Al/Al_2O_3复合涂层的镁合金试样的极化曲线,研究了没有涂层、经封孔处理和未经封孔处理的喷涂有复合涂层的镁合金三种试样在浸泡腐蚀和5%NaCl盐雾腐蚀情况下的耐腐蚀性能及其腐蚀行为.结果表明,经封孔处理的Al/Al_2O_3复合涂层镁合金试样在上述腐蚀条件下的耐腐蚀性均优于镁合金和涂层未封孔处理的试样,在浸泡试验中未封孔处理的涂层试样比镁合金腐蚀更加严重,在盐雾试验中却优于镁合金.