材料腐蚀与防护作业.doc

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1、镁合金表面防腐技术最新进展摘要：镁合金是目前使用的最轻的金属材料，因其优良的物理和力学性能受到了广泛的关注。特别是高的比强度使其成为以减轻自重为目的的汽车和航空领域的理想金属材料。然而，镁合金的耐蚀性差成为阻碍镁合金推广应用的一个重要问题。综述了镁合金的腐蚀问题和目前国内外的几种镁合金防护方法的研究现状，重点阐述了镁合金表面防腐技术的最新进展。RecentdevelopmentoncorrosionandprotectivemeasuresofthesurfaceofmagnesiumalloysKey

2、words：magnesiumalloy；corrosion；surfacetechnologies1前言镁合金因其优异的性能，如密度小(密度仅为1．738g/cm3)、比强度高、良好的导电能力和电磁屏蔽性能，减振和阻尼性能好，易加工不易老化等一系列特点受到航空航天、汽车和电子等工业的青睐，被誉为“21世纪的绿色工程材料”[1]。但是耐蚀性差是镁合金存在的主要问题之一，长期以来极大地限制了镁合金的广泛应用，使得镁合金的诸多优势得不到充分的发挥。近些年来，国内外的研究者从不同的角度来提高镁合金表面抗腐蚀性

3、能，主要有以下几种方法：1)化学转化膜；2)阳极氧化处理；3)金属渗层；4）激光表面改性；5）离子注入；6）有机涂层。2镁合金的腐蚀特点纯镁的标准电极电位为一2．37V，故镁及其合金具有极高的化学和电化学活性，加之镁合金的氧化膜疏松多孔(MgO与Mg的密度比为0．81)[2]，因此，在一般的环境中都不耐腐蚀，在中性和碱性环境中镁合金的腐蚀与纯镁的腐蚀反应类似，主要的反应是：Mg=Mg2++2e-(阳极反应)2H2O+2e-=H2+2OH-(阴极反应)Mg+20H-=Mg(OH)2(生成腐蚀产物)这只是一

4、个笼统的反应，其中可能包括一些中间步骤，最典型的初始产物是+1价的镁离子，但是其存在的时间极短。镁合金的腐蚀具有特殊的电化学现象，称之为负差数效应(NegativeDifferenceEffect，NDE)，即镁的阳极溶解反应速率和阴极析氢反应速率随外加电压的增高或外加电流密度的增大都呈现加快的趋势，这与正常的电化学理论是相悖的，称为负差数效应。MordikeBL认为阴极极化后，金属表面状况发生剧烈改变，与极化前相比差别很大，使得镁合金的自腐蚀速率增加，出现负差数效应[3]。宋光铃等提出了“部分膜保护机

5、制”，认为阳极电流改变了膜层的结构，导致实际腐蚀界面增加，这种观点从微观角度对镁合金的负差数效应给出了更为合理的解释。对于负差数效应还有其他的理解，但是都各有其局限性，不能完全解释试验事实[4]。3镁合金表面防腐研究现状第6页共6页3.1化学转化膜化学转化膜是指通过化学或者电化学手段在金属表面获得一层稳定的化合物膜层。镁合金的化学转化膜主要有铬酸盐处理，磷酸盐/高锰酸盐处理,钴酸盐处理等。1)铬酸盐处理铬酸盐处理是一种比较成熟的化学转化处理方式。铬酸盐处理可以形成铬和基体镁的混合氧化物膜层，膜层中铬主要

6、以三价铬和六价铬存在，三价铬作为骨架，而六价铬则有自修复功能，所以耐腐蚀性能良好。铬酸盐处理的典型配方为：NaHF215g/L，Na2Cr2O7·2H2O120g/L，Al2(SO4)7.5g/L，HNO39Og/L，处理时间为30s。美国的DOW公司[5]开发了一系列的镁合金铬转化处理工艺。Sharma研究了Mg-Li合金的铬酸盐转化膜，发现可以得到8～11μm铬酸盐膜，经测试在潮湿的环境下具有较好的附着性能。但是铬酸盐转化膜的膜层薄，其处理液中含有的Cr有毒，污染环境，并且其废液处理成本高，现在已逐

7、步废除使用。2）磷酸盐/高锰酸盐处理磷酸盐/高锰酸盐处理与铬酸盐转化膜相比具有“环境友好”的优点。镁合金磷酸盐处理的典型工艺为：磷酸锌15g/I，硝酸锌22g/L，氟硼酸锌15g/I，温度75～85℃，时间30s。周婉秋等采用磷酸盐和锰酸盐在AZ31DMg合金表面形成了转化膜，这种转化膜在5%的氯化钠溶液中有一定的自愈合能力。但是磷酸盐处理的最大缺点是溶液消耗快，需要及时调整溶液的组成和酸度。对AZ系列镁合金的磷酸盐转化处理的耐腐蚀性能和六价铬转换的效果相当，对纯镁的转化效果不理想。3)其他化学转化膜除

8、了铬酸盐和磷酸盐转化膜外还有其他的一些转化膜，如稀土转化膜，锡酸盐转化膜等。爱尔兰学者在铈、镧、镨等稀土盐溶液中对WE43做钝化处理，发现在一定的阳极极化电位范围内钝化处理过的试样比没有处理过的试样的阳极溶解电流密度下降了100倍。但由于其转化膜具有微孔，随着浸泡时间的延长，耐蚀性下降。霍宏伟采用碱性的锡酸盐在AZ91D上得到了Ni-P转化膜，得到的Ni—P膜层表面平整致密无缺陷，电化学测试结果表明Ni～P膜层具有良好的耐腐蚀性能。3.2阳