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AZ91D镁合金磷酸盐转化膜的制备及其性能研究

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镁合金由于低密度、高强度、高重量比、弹性模量低及绿色环保等优点，被广泛应用在汽车零件、航天器件、电子产品及军事等领域。但是镁合金化学性质活泼，在环境中易被腐蚀的特点又限制了其应用范围。因此，需要对镁合金进行表面处理来改善其抗腐蚀性能。目前，化学转化处理是最常用的表面处理工艺，在镁合金的涂装底层处理或腐蚀保护中广泛被应用。磷酸盐转化处理由于具有无污染、成本低、操作简单及耐腐蚀等特点，被作为铬酸盐转化膜的良好替代者，但是镁合金的磷化工艺还不够成熟，膜层的防护效果也不是很好。因此，本文主要对AZ91D镁合金表面磷酸盐化学转化成膜进行了探讨，并分析了转化膜的特征、性能及成膜机理。 在压铸AZ91D镁合金磷酸盐转化处理工艺中，对磷化液的pH值和添加剂偏钒酸铵的浓度对转化膜层的特征及性能的影响进行了研究。确定磷化工艺后，运用此工艺分别在铸态、压铸及固溶处理的AZ91D试样表面制备磷酸盐转化膜，并对膜层的特征及性能进行了对比分析。采用扫描电镜及其自带的能谱分析仪、X射线光电子能谱及电化学工作站等方法，对转化膜的形貌、成分组成及耐蚀性能进行了分析。主要的实验研究结果如下： （1）通过在磷酸盐溶液中加入添加剂，在压铸 AZ91D 镁合金表面制得了耐腐蚀性较高的转化膜层，并研究了磷化液pH值对磷酸盐转化膜形成过程、形貌及耐蚀性能的影响。研究表明，磷酸盐转化膜的形成是磷酸二氢锰的水解平衡运动和偏钒酸铵水解缩合共同作用的结果。随着磷化液pH值的增加，析氢速率的下降和钒酸盐的反应都会促进磷酸盐转化膜的沉积。但当pH值过高时，电化学反应无法进行，难以形成磷化膜。不同pH值下获得的转化膜表面质量不同，其抗腐蚀性能也不同。当磷化液pH值为4.0时，转化膜层的质量最好，表面微裂纹的宽度和分布面积都达到最小值，具有最好的抗腐蚀性能。 （2）在磷酸盐的化学转化过程中偏钒酸铵对转化膜的成膜效果及耐蚀性能也有重要的影响，因此进一步分析了偏钒酸铵浓度对磷酸盐转化膜性能的影响。结果表明，通过向磷酸盐转化液中添加偏钒酸铵，在镁合金表面形成的转化膜比不添加时的质量及耐腐蚀性都更好。随着偏钒酸铵浓度的增加，磷酸盐转化膜的耐蚀性表现为先上升后下降的趋势，当浓度为0.5 g/L时，转化膜的自腐蚀电流密度低、容抗弧大，腐蚀速率达到最低，膜层表面质量较好，厚度最大，微裂纹尺寸最小，对基体的防护效果较好。 （3）在确定了磷酸盐转化处理的最佳工艺后，讨论了磷酸盐转化膜在不同成形镁合金中的应用，并对膜层的形貌和性能进行了对比分析。实验表明，铸态、压铸态、固溶态三种不同成形镁合金表面获得的转化膜层形貌有很大不同，压铸态试样表面制备的转化膜较均匀致密，且表面存在的显微裂纹较窄小；铸态转化膜表面裂纹最宽，有一些氧化物颗粒；固溶态转化膜较平整，但是膜层很薄且裂纹也较宽。三种膜层都主要由Mg、Mn、P、O、Al和V等元素组成，压铸试样的转化膜厚度最大，自腐蚀电流密度及长期腐蚀效率最小，此时转化膜的耐腐蚀性能最好。

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