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【簡介】
1 前言
鎂合金以其優(yōu)異的性能被譽為21世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ木G色材料，已廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域[1]。其中鎂鋰合金是所研究的鎂合金中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，它不僅具備鎂合金的優(yōu)異性能，而且其密度小、抗高能粒子穿透能力強等特點更能滿足現(xiàn)代社會對輕質(zhì)材料的需求，在航空航天和通訊等領(lǐng)域?qū)⒕哂懈鼜V闊的應(yīng)用前景[2-4]。但鎂合金耐蝕性差的缺點在很大程度上又限制了其應(yīng)用范圍，因而鎂合金的腐蝕與防護成為國內(nèi)外研究的熱點。鎂合金表面常采用化學(xué)溶液對其進行處理，形成一層致密的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜作為涂覆油漆、涂料等有機層的中間層，以提高鎂合金的防護能力和增強表面美觀[5-7]。但這些防護方法多集中在鎂鋁等鎂合金上，而對鎂鋰合金的防腐蝕研究很少。目前國內(nèi)外的研究重點，還是以鎂鋰合金的制備為主。本文旨在將相關(guān)的鎂合金表面防護工藝[8-9]應(yīng)用于鎂鋰合金，采用2種化學(xué)轉(zhuǎn)化法——錫酸鹽轉(zhuǎn)化和磷酸鹽轉(zhuǎn)化，尋求一種適用于鎂鋰合金表面的防腐方法。
2實驗部分
2．1實驗材料
實驗選用的基體材料為自制的鎂鋰合金，其化學(xué)組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為：8％Li，2％Al，3％Zn，其余為Mg。試樣規(guī)格為：
2．2實驗儀器
采用SEM(JSM．6480，日本)、EDS(JSM．6480)和XRD(Rigaku Dymax，日本)分別對化學(xué)轉(zhuǎn)化膜表面的微觀形貌及相組分含量、相組成進行分析，采用德國Zahner電化學(xué)工作站(IM6ex)測定膜層的動電位極化曲線。
2．3工藝條件
首先用耐水砂紙將鎂鋰合金試樣打磨至1500#，蒸餾水清洗，冷風(fēng)吹干。然后在室溫下，將試樣置于丙酮溶液中，用超聲波清洗8～10 min。再進行堿洗除油，以除去鎂鋰合金表面的油脂和污物，其配方為：
2．4轉(zhuǎn)化膜性能測試
參照GB／T 5270-2005<<屬基體上的金屬覆蓋層電沉積和化學(xué)沉積層附著強度實驗方法評述》，采用熱震法對化學(xué)轉(zhuǎn)化膜進行附著強度測試。將試樣放在爐中加熱至(200±10)℃，保溫1 h，然后迅速將試樣放入冷水中驟冷，反復(fù)進行l0次，觀測樣品是否發(fā)生起泡、開裂和剝落等現(xiàn)象。
利用電化學(xué)工作站檢測鍍層耐腐蝕性能。腐蝕介質(zhì)為w=3．5％的NaCl溶液，測試溫度為室溫。采用標(biāo)準(zhǔn)三電極系統(tǒng)，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，輔助電極為鉑片，工作電極為待測試樣，留出
將待測試樣留出
圖1析氫反應(yīng)速率測量實驗裝置圖
Figure l Diagram of the setup for testing hydrogen evolution reaction velocity
3結(jié)果與討論
3．1轉(zhuǎn)化膜的微觀形貌
圖2、圖3分別是鎂鋰合金化學(xué)轉(zhuǎn)化前、后的微觀形貌。從圖3可以看出，錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜由細(xì)小的球形顆粒密積而成，顆粒分布均勻；磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜呈花形團簇狀，結(jié)晶不致密。
圖2鎂鋰合金化學(xué)轉(zhuǎn)化前SEM照片
Figure 2 SEM image of Mg-Li alloy before chemical conversion
圖3錫酸鹽(a和b)和磷酸鹽(c和d)轉(zhuǎn)化膜表面的SEM照片
Figure 3 SEM images of stannate(a and b)and phosphate(cand dl conversion coatings
3．2轉(zhuǎn)化膜的能譜分析
采用能譜儀對兩種化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層進行面掃描，其能譜圖如圖4所示，成分分析結(jié)果列于表l和表2。錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜膜層主要含Mg、Sn、0等元素，磷化膜主要含Zn、O、Mg、P等元素。由于膜層不致密，Mg元素主要來自鎂鋰合金基體，膜層主要成分為含鋅和磷的氫化物．隼幸的含量尾高．府該有單盾镩存存。
圖4兩種化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的能譜分析
Figure 4 EDS analyses of two chemical conversion coatings
表1錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜元素含量
Table l Elemental content of stannate conversion coating
|
元素成分 |
質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% |
摩爾分?jǐn)?shù)/% |
|
O |
18.30 |
68.53 |
|
Mg |
19.82 |
18.51 |
|
Sn |
26.33 |
5.04 |
|
C |
3.89 |
7.35 |
|
Zn |
1.66 |
0.58 |
表2磷化膜元素含量
Table 2 Elemental content of phosphate conversion coating
|
元素成分 |
質(zhì)量分?jǐn)?shù)／％ |
摩爾分?jǐn)?shù)／％ |
|
Zn |
79．93 |
54．11 |
|
0 |
11．21 |
31．01 |
|
Mg |
5．69 |
10．36 |
|
P |
3．17 |
4．52 |
3．3轉(zhuǎn)化膜的XRD分析
圖5中(a)、(b)、(c)分別是鎂鋰合金基體、錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜和磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的XRD譜圖。從圖中可以看出，鎂鋰合金的相成分主要為a相(Li在Mg中的固溶體)和β相(Mg在“中的固溶體)，還有少量的A10．9Li34．
圖5鎂鋰合金基體和兩種化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的XRD譜
Figure 5 XRD patterns of Mg-Li alloy substrate and two types of chemical conversion coating
3．4膜層結(jié)合力試驗
熱震實驗后，試樣表面覆蓋層未出‘現(xiàn)起泡、片狀剝落等與基體分離的現(xiàn)象，說明膜層的結(jié)合力良好。
3．5耐蝕性研究
圖6為鎂鋰合金和兩種化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的極化曲線。由圖6可知，自腐蝕電位由高到低的順序為：φcorr(錫酸鹽轉(zhuǎn)化)> φcorr (磷化)> φcorr (鎂鋰合金基體)。可見兩種化學(xué)轉(zhuǎn)化法均使鎂鋰合金基體的耐蝕性得到提高。
圖6鎂鋰合金和兩種化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的極化曲線
Figure 6 Polarization curves of Mg-Li ahoy and two types of chemical conversion coating
圖7為鎂鋰合金基體及化學(xué)轉(zhuǎn)化后在W=3．5％的NaCl溶液中的析氫速率曲線。由圖7可看出，未經(jīng)轉(zhuǎn)化處理的鎂鋰合金在NaCl溶液中的析氫速率曲線斜率接近1，表明在整個浸涮過程中，合金的腐蝕速率基本恒定。經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化處理后的合金在100 h之內(nèi)的腐蝕速率明顯減小，在浸泡的初期更為明顯；隨著浸泡時間的延長，轉(zhuǎn)化處理的合金腐蝕速率逐漸增大，其中錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性能略優(yōu)于磷化處理膜層。由此可見，化學(xué)轉(zhuǎn)化膜在浸漬初期對鎂鋰合金具備一定的保護作用，但由于其膜層厚度較小，且沒有將基體完全包覆，致使后期腐蝕速率加快。為使鎂鋰合金具有更好的耐蝕性能，還需輔以其它保護措施。
圖7鎂鋰合金基體及化學(xué)轉(zhuǎn)化后在w=3．5％的NaCl溶液中的析氫速率曲線
Figure 7 Hydrogen evolution velocity curves in 3．5％(massfraction)NaCI solution for Mg-Li alloy substrate and that afterchemical conversion
4結(jié)論
(1)采用化學(xué)轉(zhuǎn)化法在鎂鋰合金表面獲得錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜和磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜。前者由球形顆粒組成，主要成分為MgSnOy3H20；后者呈花簇狀，主要成分為Zn3(P04)2·4H20和單質(zhì)Zn。
(2)兩種化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層與基體結(jié)合力良好，在一定程度上提高了合金的耐蝕性能。但由于兩種轉(zhuǎn)化膜層并未將基體完全覆蓋，顆粒之間存在著微小縫隙，使耐蝕能力受到限制。所以鎂鋰合金表面單層化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層仍不能獨自承擔(dān)保護功能，還得輔以其它手段。
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