镁合金负载纳米tiolt2gt复合镀层及性能研究

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1、摘要被认为是21世纪最富于开发、研究和应用潜力的“绿色材料”Mg及其合金具有密度轻，比强度和比刚度高，减震性能和铸造性能好，以及具有很强的屏蔽电磁干扰的性能，且是很容易回收的材料，因此越来越受到世界各国的重视，在航空航天、汽车制造、3C等多个领域得到了应用。目前镁合金产品中，铸造镁合金产品用量大于变形镁合金，但经变形的镁合金材料可获得更高的强度，更好的延展性及更多样化的力学性能，可以满足不同场合结构件的使用要求。因此，开发变形合金，是其未来更长远的发展趋势。但是镁的化学性质十分活泼，标准电极电位很低，

2、耐蚀性很差，即使在室温下也会与空气发生氧化，对于镁合金电子产品和生物医疗器械产品，体液腐蚀和生物腐蚀也显得十分明显。而且镁合金等产品表面也会孳生和传播病菌、病毒和其他微生物。对人们的身体健康造成威胁，因此人们对电器、日常制品、医院设施、食品加工场所的材料抗菌性能要求越来越强烈。故急需一种既能提高镁合金表面耐腐蚀性能，又具有良好自洁净功能的表面处理方法。Ti02作为一种弱的n型半导体材料，具有良好的化学稳定性和光催化活性，能够降解有机物，实现清洁除污、杀菌除臭等功能。为了解决上述问题，考虑采用化学复合镀

3、的方法，选择生产生活中应用最广的AZ系镁合金作为载体负载纳米Ti02复合镀层，以达到使镁合金产品既耐蚀，又抗菌杀菌，扩大镁合金的用途。本文用正交实验的方法确定了AZ系镁合金负载纳米Ti02复合镀层的最佳工艺配方，探讨了AZ系镁合金的成分、工艺参数等对复合镀的影响，测试了复合镀层与基体的结合力、显微硬度、耐蚀性等，采用SEM、TEM、XRD和EDS对复合镀层的形貌、成分和结构进行了观察分析，对复合镀层的初始沉积机理进行了探讨，并对复合镀层的光催化活性和抗菌杀菌性能进行了研究。在复合镀过程中，镀液成分繁多

4、、施镀参数复杂，综合说来主盐、还原剂、络合剂、温度、搅拌速度和pH值对化学镀过程的影响最为重要，而这种影响主要体现在镀液稳定性、沉积速率及纳米颗粒的均匀分布上。实验表明：(1)温度和搅拌速度对镀液中纳米颗粒分散的影响很大，温度升高时，沉积速度加快，对纳米Ti02摘要颗粒的分散和悬浮越有利，但温度过高，镀液的稳定性就会降低；适当搅拌可提高纳米n02颗粒在镀液中的有效悬浮，但搅拌速度过快时，颗粒的冲刷和刮磨作用加剧。本文研究认为：施镀温度宜选择在87～930C，搅拌速度小于400r／min较为合适。(2)

5、纳米Ti02添加量会影响其在镀层中的含量和复合镀层的性能，研究认为：n02的添加量范围在3～99／L较为合适，若不加搅拌时59／L的添加量较佳，若增加搅拌，添加量为99／L时较佳。(3)镀层表面往往存在有少量孔隙，因此要采取一定的措施进行封孔处理。实验表明采用币05．Si02溶胶一凝胶法+400"C热处理、啊02溶胶电泳法+400℃热处理、二次复合镀法封孔后的孔隙率较低，且不影响镀层的性能。室温下Ni．P+Ti02复合镀层由非晶和少量晶体组织组成：随热处理温度升高，晶体化倾向越明显，由于纳米n02颗粒

6、对基体元素迁移的阻碍，增强了镀层抗局部变形能力，强化了Ni．P合金基体的缘故，相对Ni．P镀层来说，Ni3P析出温度提升到400℃左右。经过400℃热处理后，复合镀层显微硬度可高达HV800以上。因此纳米复合镀层可以更好地增强镁合金的耐磨性。纳米复合镀层显著提升了镁合金基体的电极电位，锉刀试验和热震试验证明复合镀层与基体的结合良好，可以有效阻隔基体与外界环境的接触，镀层中的纳米微粒还可降低Ni．P镀层的孔隙率，提高镀层的致密性，使镁合金的耐腐蚀性能提高。纳米啊02复合镀层具有明显的光催化性能，在一定时

7、间的自然光照条件下，能够使亚甲基蓝溶液氧化褪色。对金黄色葡萄球菌ATCC25923、大肠埃希菌ATCC25922进行的抗菌杀菌实验表明，以Ni．P镀层样品为对照，Ni—P+n02复合镀层对金黄色葡萄球菌ATCC25923和大肠埃希氏菌ATCC25922的抗菌率分别达到了99．2％和100％，能够起到有效的抗菌杀菌效果。对AZ系镁合金纳米复合镀的研究表明：由于合金中B(Mg。7Al。。)相和Ⅱ(Mg)相存在电位差，在镀液中会形成微型原电池，Ⅱ(Mg)相中Mg失去的电子转移到B(Mg。7A1．：)相上，电

8、吸引镀液中的Ni2+迁移到晶界附近并得到电子被还原，从而最先沉积在晶界附近。在随后的沉积过程中，一方面最先沉积的Ni具有自催化作用，另一方面除了6(Mg。7A1。。)相和Q(Mg)相之间形成微型原电池外，初始沉积出的Ni也会与a(№)相和B(Mg。，A1。：)相之间形成了微型原电池，这些都导致了形核率的增加，促进Ni的沉积。当施镀50秒钟左右，基体表面已完全被Ni．P合金覆盖，此时的II摘要沉积则完全是fljNi的自催化活性起作用的。所以，初始沉积机理分