镁合金表面基于微弧氧化膜的复合涂层制备及性能研究
Alternative Title
刘思勤
Subtype硕士
Thesis Advisor梁军
2021
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral北京
Degree Name理学硕士
Degree Discipline物理化学
Keyword镁合金 微弧氧化 封孔处理 耐腐蚀性能
Abstract

镁合金微弧氧化膜的长效腐蚀防护性能不理想是其应用于较苛刻环境时面 临的一个关键问题。本论文基于镁合金微弧氧化膜在不同电解液体系中生长过程, 以及腐蚀防护性能的差别,对镁合金微弧氧化膜进行封孔后处理,提高镁合金在 常规条件下以及严苛条件下(腐蚀磨损和电偶腐蚀)的耐腐蚀性能,拓展镁合金 的应用范围。系统考察了各种后处理方法对镁合金表面微弧氧化膜微观结构、相 组成及膜-基界面的影响,并着重考察了各种后处理过程对微弧氧化镁合金长效 耐腐蚀性能的影响。获得的主要研究结论如下: 1. 在三种电解液(NaAlO2, Na2SiO3, Na3PO4)中对 AZ31 镁合金进行微弧氧化处 理,比较了不同电解液体系中制备的相同厚度(~15 μm)氧化膜的腐蚀防护性 能,并根据不同电解液体系中微弧氧化膜的生长过程特点,探讨了氧化膜腐 蚀防护性能差异的原因。结果表明:在铝酸盐中膜层生长主要以阴离子化合 物沉积为主,氧化膜倾向于向外生长,而在硅酸盐和磷酸盐中,膜层的生长 很大一部分来自于基材的氧化,氧化膜的向内生长占据了主要地位,不同的 生长方式导致相同厚度的膜层对基材的腐蚀防护性能产生差异,其结果是 AZ31-Si>AZ31-P>>AZ31-Al。 2. 采用环保和无化学试剂的水蒸气封孔处理方法,对镁合金微弧氧化膜进行封 孔处理。结果表明,镁合金微弧氧化膜在水蒸气封孔过程中可形成水合MgO 和结晶Mg(OH)2,对微弧氧化过程产生的直径在数百纳米至数微米之间的微 孔具有封闭作用,且随着处理温度的升高,封孔效果更加明显。当处理温度 上升到 453 K 时,由于 MgO 更容易与水蒸气发生反应,微弧氧化膜表面出 现孤立的和密集分布的两种完全封孔区,而在硅元素含量较高的区域则无法 完全封孔。电化学腐蚀测试表明,在 453 K温度下处理 2 h 的样品具有最优 异的耐腐蚀性能。因此,水蒸气处理是一种有效的提高镁合金微弧氧化膜腐 蚀防护性能的封孔方式。(PAI)和聚四氟乙烯(PTFE)组成。该复合涂层能有效地防止腐蚀介质渗入镁合 金基材与微弧氧化膜的界面,具有良好的耐蚀性能。同时,该复合涂层还具 有疏水性、低摩擦系数和高耐磨性。此外,复合涂层比单一涂层具有更好的 耐腐蚀磨损性能。本文的研究工作将对镁合金基于微弧氧化膜的复合涂层的 发展起到一定的推动作用,使镁合金不仅具有优异的耐蚀性能,而且还具有 其它性能,进一步拓展了镁合金的应用领域。 4. 提出了一种简便通用的对 AZ31,AZ91 和WE43 镁合金微弧氧化膜进行封孔 的方法以提高不同型号镁合金的耐电偶腐蚀性能。采用浸涂法在三种镁合金 微弧氧化膜上涂覆一层聚氨酯涂层,利用电化学扫描显微镜对镁合金、单一 微弧氧化膜和微弧氧化膜与聚氨酯涂层组成的复合涂层的耐电偶腐蚀性能 进行了比较。结果表明,电偶对的形成加速了镁合金的腐蚀,尤其是 WE43 镁合金;单一微弧氧化膜能够为镁合金提供短时间的耐腐蚀和耐电偶腐蚀保 护;复合涂层不仅能对不同型号镁合金提供长期的腐蚀防护,而且能防止镁 合金在与其他金属连接时发生更为严重的电偶腐蚀,使镁合金能够在与其他 金属材料连接的条件下使用。 5. 基于微弧氧化膜中搭载的缓蚀剂 M-16 和二硫键改性的自修复聚氨酯的双重 作用,研制了一种新型镁合金自修复复合防腐涂层。采用电化学阻抗谱和扫 描电化学显微镜研究了复合涂层在 3.5 wt.% NaCl 溶液中的耐腐蚀性能。结 果表明,多孔微弧氧化膜相较聚合物涂层更适合搭载缓蚀剂M-16,搭载缓蚀 剂的微弧氧化膜损伤后,缓蚀剂可以暂时保护镁合金基材免受进一步的腐蚀。 损伤的聚合物涂层经热处理后不论是表面形貌还是耐蚀性能都恢复较好。自 修复效果是通过二硫键的交联反应和聚氨酯涂层的形状记忆效应共同作用 实现的。此外还发现,当划痕界面形成腐蚀产物时,搭载缓蚀剂 M-16 的微 弧氧化膜可以提高聚氨酯涂层的修复能力和耐腐蚀性能。 3. 制备了一种由微弧氧化膜和聚合物涂层组成的复合涂层,以提高镁合金在常 规条件下以及在腐蚀磨损条件下的耐腐蚀性能。聚合物涂层由聚酰胺酰亚胺

Other Abstract

Pages174
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.licp.cn/handle/362003/29769
Collection中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心
Recommended Citation
GB/T 7714
刘思勤. 镁合金表面基于微弧氧化膜的复合涂层制备及性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2021.
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