az91d镁合金表面金属氧化物陶瓷涂层制备工艺及耐蚀性能的研究

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1、摘要AZ91D镁合金表面金属氧化物陶瓷涂层制备工艺及耐蚀性能研究无机化学专业硕士研究生陈博指导教师李青教授摘要镁合金作为21世纪的绿色工程材料，不但具有良好的导电性、导热性、阻尼性、尺寸稳定性和电磁屏蔽性等性能，还具有很好的铸造和切削加工性能，因而在许多领域得到广泛的应用。但镁合金的化学稳定性差，在使用环境中容易发生氧化，特别是在酸性环境和含Cr，Br-，S04卜等离子的盐溶液中会发生严重的腐蚀，大大影响了其应用范围。因此对镁合金材料的表面防护技术研究具有十分重要的理论价值及实际意义。目前增强镁合金耐蚀性最有效、最简便的途径是对其进行表面涂层处理。涂层在基体和外界环境之间形成一个有效

2、的屏障，以达到抑制和缓解镁合金材料腐蚀的目的。本文在综述了近年来压铸型镁合金材料腐蚀机理和防护处理研究的基础上，通过适当的前处理，再通过溶胶．凝胶法在镁合金表面制备耐蚀性良好的氧化物陶瓷涂层的方法对AZ91D镁合金进行表面防护研究。本论文的主要研究内容和结论如下：以醋酸锆为前驱物，无水乙醇为溶剂，添加适量的表面活性剂，采用溶胶．凝胶法在经锡酸盐转化前处理的AZ91D镁合金表面首次成功制备了Zr02陶瓷涂层。采用x射线衍射、扫描电镜表征了涂层的结构和形貌，通过动电位极化曲线测试和电化学阻抗测试探讨了Zr02陶瓷涂层的耐腐蚀性能。结果表明：(1)前驱物锆浓度为O．08mol·L～，溶剂与

3、表面活性剂的体积比为8：2，中速搅拌回流6小时，得到稳定透明的溶胶；(2)通过研究得到的最佳涂层制备工艺在AZ91D镁合金表面制备了耐蚀性能良好的Zr02陶瓷涂层。锡酸盐转化膜的成分主要是MgSn03·H20，呈现晶态结构特征。Zr02溶胶，经过400oC下2小时热处理后形成了Zr02陶瓷涂层，其主要呈四方型晶态结构且其平均晶粒尺寸为10nm。研究在AZ91D镁合金表面形成无毒致密、无污染的Ce02陶瓷涂层来解决AZ91D镁合金的腐蚀问题。讨论了转化液组成、稀土铈转化膜形貌等因素的影响，得到了稀土铈转化液的最佳配方。采用金相显微镜(oM)、SEM、XRD、动电位极化曲线测试和电化学阻

4、抗测试表征了转化膜和涂层成膜性及耐蚀性能。结果表明：ce02陶瓷涂层可有效地对AZ91D镁合金进行腐蚀保护。为了提高AZ91D镁合金的耐蚀性能，在已有的研究基础上，结合植酸转化工艺和溶胶．两南大学硕十学何论文凝胶工艺的优点，在镁合金材料表面制备出A1203耐蚀性陶瓷涂层。采用热分析、红外测试、扫描电镜测试、x射线衍射、X射线能谱、接触角测试、动电位极化曲线测试、电化学阻抗测试等手段表征膜层的结构及性能。结果表明：(1)植酸转化膜主要由C、O、Mg、AI、P几种元素组成，这几种元素在膜层表面不同位置的重量百分含量大体一致，植酸转化膜在镁合金表面均匀分布。这为后续形成均匀的Ah03陶瓷涂

5、层打下了良好的基础；(2)当涂层的热处理温度达到2800C时，A1203涂层开始由非晶态向晶态转变。与经过120oC和2800C处理的A1203涂层相比，经380oC下热处理形成的A1203陶瓷涂层具有最佳的耐蚀性能。为在AZ91D镁合金表面制备耐蚀性能优异的防护层，在AZ91D镁合金表面实施具有一定功能梯度的涂层。先应用植酸转化工艺在AZ91D镁合金表面制备植酸转化膜，将其作中间过渡层，再应用溶胶．凝胶法，在植酸转化膜表面制备Ce02陶瓷涂层。采用扫描电镜测试、x射线衍射、x射线能谱、接触角测试、动电位极化曲线测试、电化学阻抗测试等手段表征膜层的性能。结果表明：(1)Ce02陶瓷涂

6、层的最佳制备工艺参数为：旋涂速度为1000弗m时，涂敷两层O．5MCe02溶胶的试样，在280oC下热处理制得的Ce02陶瓷涂层对镁合金具有最好的防护效能；(2)在Ce02陶瓷涂层表面有明显裂纹处还是不明显裂纹的位置，其Mg、O、Ce元素的重量百分含量基本是一致的，P和Al元素消失。表明镁合金表面已完全被Ce02陶瓷涂层均匀覆盖。涂层表面裂纹都是浅表性的，没有到达到植酸转化膜；(3)该具有一定功能梯度的涂层能人幅提高AZ91D镁合金的耐蚀性能。关键词：AZ91D镁合金氧化物陶瓷涂层溶胶一凝胶腐蚀lI^BSTRACTStudyofpreparationandcorrosionresis

7、tanceofmetaloxideceramiccoatingformedonAZ91DmagnesiumalloyInorganicChemistryMasterPostgraduate：BoChenSupervisor：ProfessorQingLiABSTRACTMagnesiumalloys，弱the21stgreenengineeringmaterial，presentawiderangeofapplicationsduenotonlytothe