镁合金上的纯镁表面涂层
镁合金表面处理方法
镁合金表面处理方法
常见的镁合金表面处理方法包括：
1. 阳极氧化：将镁合金制品作为阳极，经过电解处理，在硫酸、硝酸、磷酸等溶液中形成氧化膜，并以阳极氧化的方法进行膜层增长，以提高镁合金的耐蚀性、硬度和耐磨性。
2. 电化学抛光：将镁合金制品浸泡在含有工业碱的电解液中，通过电解反应溶解表面的氧化层和锈层，使表面变得光滑且均匀。
3. 化学镀：利用化学溶液中的金属基质离子，在镁合金表面上化学还原析出金属膜层，以增加镁合金的表面性能。
4. 电镀：通过电解将金属阳离子沉积在镁合金表面，形成金属膜层，包括镍、铬、铜等。
5. 喷涂涂层：将陶瓷、聚合物等高强度材料喷涂在镁合金表面，以提高其表面硬度、磨损性和耐腐蚀性。
6. 增强改性：通过加工、热处理和强化合金等方式，改善镁合金的力学性能和耐蚀性。
这些处理方法可以根据镁合金的具体用途和要求来选择和应用，以提高镁合金的性能和延长使用寿命。
镁合金表面涂层的发展历程
镁合金表面涂层的发展历程
镁合金表面涂层的发展历程是一个涉及多个研究领域和技术的
综合性过程。
镁合金因其良好的生物相容性和生物力学性能，以及可完全降解的特性，在骨内固定、外科植入和介入治疗等领域具有广泛的医用前景。
然而，镁合金的腐蚀速率快，导致其过早失去力学支撑功能，成为限制其作为骨科固定材料应用的首要难题。
为了解决这一问题，研究者们采用了多种方法，如镁的高纯化、合金化和表面改性等，来提高镁合金的耐腐蚀性能。
其中，涂层改性技术取得了重大进展。
涂层改性的研究涉及了涂层的制备方法、组成、结构的设计、界面结合以及降解过程力学性能的衰减、降解机理、体外矿化和体内实验等方面。
在涂层改性技术中，以磷酸钙为基材的复合涂层改性镁合金受到了广泛关注。
这种涂层具有促成骨的作用，其机制在基因、蛋白质、细胞、动物乃至临床水平被广泛研究。
水热法因工艺简单，且可实现对涂层的组成、结晶度、微观结构、表面形貌等的精确调控，同时使涂层具有较高的界面结合强度，因此被广泛应用于镁合金的涂层改性。
近年来，水热法在镁合金表面制备钙磷涂层的研究取得了重要进展。
研究者们通过改进水热法的制备技术，优化涂层的组成和结构，提高了镁合金的耐腐蚀性、涂层粘结强度、骨传导以及抗菌性能等。
同时，利用模板剂的优异结构特性和络合反应能力，通过添加模板剂（如乙二胺四乙酸、单乙醇胺、聚多巴胺和葡萄糖等），促进了镁合
金表面钙磷晶体的成核和钙磷涂层的合成，并实现了对钙磷晶体形貌的调控。
总之，镁合金表面涂层的发展历程是一个不断创新和完善的过程，涉及了多个学科领域和技术的交叉融合。
随着研究的深入和技术的进步，相信镁合金在医用领域的应用前景将更加广阔。
镁合金防腐蚀方法
镁合金防腐蚀方法
镁合金防腐蚀方法
一、添加抗腐蚀剂
它是一种有效的防止镁合金锈蚀的方法，可以在镁合金零件表面涂上一层抗腐蚀剂，以增加其耐腐蚀性。
常用的抗腐蚀剂有硅油、聚酰氯树脂、职胺和聚氯乙烯漆等。
二、表面涂覆
镁合金表面涂覆是一种有效的防止镁合金表面腐蚀的方法。
选择正确的涂层可以有效防止腐蚀，涂层可以选择金属涂覆，如镀锌，镀铝，镀镍等，也可以选择非金属涂覆，如环氧树脂和聚氨酯漆等。
三、除锈处理
镁合金容易在环境中受到腐蚀，所以应定期清洗镁合金表面的污垢、污物或锈层，使表面保持干净，以减少镁合金表面腐蚀的可能性。
四、做好防水处理
为了防止镁合金表面积水，应该及时处理，常见的处理方法有涂覆施工、包边、做水泥槽等，防止镁合金表面的锈蚀，提高镁合金的使用寿命。
- 1 -。
镁合金表面处理方法
镁合金表面处理方法镁合金是一种重要的结构材料，具有低密度、高比强度和良好的加工性能等优点，在航空航天、汽车制造、电子设备等领域有广泛的应用。
然而，镁合金的表面容易受到氧化、腐蚀和磨损等损伤，因此需要进行表面处理，以提高其耐腐蚀性、抗磨损性和装饰性。
本文将介绍几种常见的镁合金表面处理方法。
一、阳极氧化处理阳极氧化是一种常用的镁合金表面处理方法，通过在强酸或弱酸溶液中使镁合金成为阳极，施加外加电压，使镁合金表面氧化生成一层致密的氧化膜。
这层氧化膜具有良好的抗腐蚀性能和耐磨损性能，能够有效地保护镁合金基体不受腐蚀和磨损。
此外，阳极氧化还可以通过调整电解液的成分和处理参数，控制氧化膜的厚度和颜色，实现镁合金表面的装饰效果。
二、化学镀层处理化学镀层是一种常用的镁合金表面处理方法，在镁合金表面形成一层金属或非金属的保护层，以提高镁合金的耐腐蚀性和装饰性。
常用的化学镀层方法包括电镀、化学镀锌和化学镀铬等。
其中，电镀是一种将金属离子还原成金属沉积在镁合金表面的方法，可以形成一层具有良好耐腐蚀性和装饰性的金属镀层。
化学镀锌和化学镀铬则是通过将锌或铬离子还原成保护层沉积在镁合金表面，形成一层具有良好耐腐蚀性的非金属镀层。
三、有机涂层处理有机涂层是一种常见的镁合金表面处理方法，通过在镁合金表面涂覆一层有机涂料，形成一层致密的保护层，以提高镁合金的耐腐蚀性和装饰性。
有机涂层可以分为有机溶剂型涂料和水性涂料两种。
有机溶剂型涂料通常由树脂、溶剂和助剂等组成，具有良好的附着力和耐候性，适用于各种镁合金表面的涂覆。
水性涂料则是以水为溶剂，具有环保性能好的特点，适用于一些对环境要求较高的场合。
四、物理气相沉积处理物理气相沉积是一种先进的镁合金表面处理方法，通过在真空条件下将材料原子或分子沉积在镁合金表面，形成一层致密的保护层。
常用的物理气相沉积方法包括物理气相沉积、磁控溅射和激光沉积等。
这些方法可以在镁合金表面形成一层具有高硬度、高耐磨损性和低摩擦系数的薄膜，提高镁合金的表面硬度和耐磨损性。
镁合金表面处理工艺
镁合金表面处理工艺通常包括以下几种方法：
1. 防腐蚀处理：镁合金具有较高的化学活性，在大气中容易产生腐蚀。
常见的防腐蚀方法包括电化学镀层、阳极氧化和化学镀等。
电化学镀层可以提供一层防腐蚀保护膜，而阳极氧化则能形成一层氧化层防护膜，增强抗腐蚀性能。
2. 表面硬化处理：镁合金的硬度相对较低，容易受到划伤和磨损。
为了提高表面硬度，常常采用热处理，如热压缩、热喷涂和热喷覆等方法，以增加表面层的强度和硬度。
3. 表面涂层处理：为了改善镁合金的耐磨性、防腐蚀性和美观性，可以采用表面涂层处理方法。
常见的涂层包括有机涂层、无机涂层和复合涂层等，可以选择合适的涂层材料和工艺来满足具体要求。
4. 表面改性处理：镁合金在一些特殊应用场景中需要具备特定的表面性能，如减摩、耐磨、耐高温、耐腐蚀等。
可以采用表面改性方法，如表面喷涂、表面机械处理、化学处理等，来实现对表面性能的改善和调控。
需要根据具体的应用需求和镁合金的特性选择适合的表面
处理工艺，以达到所需的功能和质量要求。
同时，在进行镁合金表面处理时，应注意工艺参数的控制、处理剂的选择和环境保护等因素。
镁合金表面处理工艺
镁合金表面处理工艺镁合金是一种重要的结构材料，具有低密度、高比强度和优良的机械性能等特点。
然而，由于镁合金的活泼性和化学反应活性较强，其表面易受到氧化、腐蚀和磨损的影响，从而限制了其应用广度和可靠性。
为了改善镁合金的表面性能，提高其抗腐蚀性、耐磨性和附着力等指标，需进行表面处理工艺。
镁合金表面处理工艺主要包括化学处理、电化学处理和涂层处理三大类。
下面将详细介绍这些处理工艺及其应用。
1.化学处理：化学处理是通过将镁合金浸入一定的处理液中，利用化学反应改变其表面化学成分和结构来提高其性能。
常用的化学处理工艺有酸洗、酸洗除氧化膜、碱洗和氟改性等。
（1）酸洗：酸洗是将镁合金浸入一定酸性溶液中，通过溶解表面氧化层和杂质来清洗表面。
常用的酸洗溶液有硫酸、盐酸和硝酸等。
（2）酸洗除氧化膜：酸洗除氧化膜是在酸洗的基础上，加入具有还原性能的添加剂，如硫酸亚铁（FeSO4）来清除氧化膜。
这种方法能有效去除氧化膜，提高镁合金的表面光洁度和亲润性。
（3）碱洗：碱洗是将镁合金浸入一定碱性溶液中，通过化学反应去除表面的油污和杂质。
常用的碱洗溶液有氢氧化钠溶液和碳酸氢钠溶液等。
碱洗后的镁合金表面光洁度较高，具有较好的耐腐蚀性。
（4）氟改性：氟改性是利用氟化物处理剂在一定条件下反应，使其与镁合金表面发生氟化反应，形成一层氟化物覆盖层。
这种覆盖层具有很好的抗腐蚀性和减摩性能，能有效改善镁合金的抗氧化性和耐蚀性。
2.电化学处理：电化学处理是利用电化学装置和电解液进行处理，通过电解和电化学反应改变镁合金的表面状态。
常用的电化学处理工艺有阳极氧化、阳极电泳和阳极电刷等。
（1）阳极氧化：阳极氧化是一种将镁合金作为阳极，在电解液中施加一定电压进行氧化反应，生成氧化膜的工艺。
阳极氧化可提高镁合金的硬度、耐磨性和耐蚀性，同时还可用于染色和封孔处理，改善镁合金的装饰性。
（2）阳极电泳：阳极电泳是将镁合金作为阳极，通过电泳涂覆一层具有保护性的有机膜或无机膜。
镁合金表面处理层性能检测方法
镁合金表面处理层性能检测方法镁合金的表面层可以大致分为两类，一类是薄的膜层，如化学转化膜、阳极氧化膜、气相沉积膜层等，这类膜层厚度一般低于30m μ；另一类是镁合金喷涂层，可以在100m μ以上，属于厚涂层。
镁合金的表面涂层或膜层性能检测方法将根据涂层或膜层的厚薄不同有所差异，与涂镀方式也有一定的关系。
但总的内容包括以下几个方面：外观检测，厚度测定，耐蚀性能的评价，硬度测定，表面处理层与集体结合力以及耐磨性的测定等。
1.外观检测不管是通过哪种表面处理获得涂层，首先最为简单和实用的方法就是外观检测。
对于一般镁合金件经表面处理后，借助天然散射光或在日光下目测检验，观察涂镀层的均匀性。
对于阳极氧化或微弧氧化，要观察氧化层的孔隙大小，色泽均匀，无斑点、脱皮等。
若是通过气相沉积得到膜层，则需检测有无波纹、色差、表面覆盖情况等。
2.表面层厚度测定方法测定表面层厚度有无损法和破坏法两大类。
无损法包括质量法、磁性法、涡流法、β射线反射法、X 射线荧光法、双光束显微镜法、机械量具法等。
破坏法包括金相显微镜法、溶液法、液流法、点滴法、库仑法、轮廓仪法、干涉显微镜法、辉光放电光谱法、俄歇能普法等。
由于各种测量方法基于不同的机理和数学模式，因此就会得到不一致的检测结果。
为了明确膜厚测量的结果所代表的意义，通常必须注明测定方法。
以下介绍三种实用方法。
（1） 通过涂层厚度仪测定不同的表面处理得到的涂层成分、厚薄有较大的差异，涂层的性质也有差异，基体镁合金是导电的，表面层多为不导电的氧化物或其他非导体，可以选择不同的涂层测厚仪进行非破坏性的测定。
例如光学法的位相差显微镜、多光束干涉、椭圆仪等；电学法的直流电流测定仪、涡流电流测定仪、石英晶体振荡仪等；质量法的微量天平测定仪；机械法的空气测微器、触针式光洁测定器等等（2） 金相观测法这种方法适合测定较厚的表面层，需要将样件进行剖面分析，在样件的制备过程中，必须尽可能使剖面于表面垂直，不倒角，经腐蚀厚使表面层与基体镁合金有明显的界面，然后通过金相显微镜放大测试表面层的厚度。
镁合金(AZ91D)表面热浸镀纯锡和巴氏合金层的研究
镁合金（AZ91D）表面热浸镀纯锡和巴氏合金层的研究镁合金是一种具备高回收利用率的环保型轻合金,它在航空航天、电子产品等方面具有广阔的运用前景,但其耐腐蚀及耐磨性能不高限制了该合金更为广发的应用。
本文以AZ91D为基材,在基体上经短时间的化学镀Ni（P）中间过渡层后,再通过热浸镀工艺在基体表面分别获得了纯锡及铅基巴氏合金镀层,论文研究了镀层间界面的结合情况以及镀层的耐腐蚀性、摩擦磨损性能。
得到以下结论：在以碱式碳酸镍为主盐的镀液中经10～15分钟的化学镀,可在工件表面形成一层完整的Ni（P）保护镀层,该膜能够有效减轻工件表面在浸镀过程中被氧化的程度,从而提高了表面与镀液的润湿性能。
自配的主要成份为NH4HC1与ZnCl<sub>2</sub>的助镀剂能够有效去除热浸镀过程中产生的氧化膜,进一步增加镀液与基体的润湿性。
通过热浸镀工艺在基体表面成功获得了纯锡镀层与巴氏合金镀层,经检测界面间发生了明显的扩散现象,产生了金属间化合物过渡层,界面结合力良好。
对镀层结合处界面的研究表明,热处理对Ni（P）-Sn界面化合物有很明显的促进作用,化合物以Ni<sub>3</sub>Sn<sub>4</sub>为主。
在界面结合处形成的Ni-P化合物连续分布,阻止了Sn向基体的扩散,保证了保护层的厚度与基体的性能。
经220℃热处理1h的纯锡镀层在中性盐雾试验中超过72小时未出现腐蚀点,电化学极化曲线得出镀层自腐蚀电位比镁合金基体提高了约0.6V,表明纯锡镀层具有良好的耐腐蚀性能。
但过长时间的热处理件（热处理2h）耐蚀性能反而有所下降。
经检测表明,这是由于Ni-Sn化合物扩散到了工件表面,破坏了镀层的单相结构,同时使表面产生了微裂纹,从而造成镀层表面质量下降。
对纯锡镀层的摩擦试验表明纯锡层只在最初的几十秒时间内具有减磨作用。
巴氏合金镀层在10分钟的磨损试验中,低载荷0.5N下表现出明显的减摩耐磨性能,摩擦系数平均为0.145,远低于基体的0.397。
《镁合金的表面处理》课件
结论
1 提高材料性能和使用寿命
镁合金表面处理对于提高材料性能和使用寿命至关重要。
2 开发适用于不同领域的表面处理技术
开发适用于不同领域的表面处理技术具有重要意义。
《镁合金的表面处理》 PPT课件
镁合金的表面处理对于提高材料性能和使用寿命至关重要。本课件将介绍镁 合金的特点和常见类型，并详细探讨表面处理方法和应用案例。
简介
镁合金的特点
轻量化、强度高、密度小。
常见的镁合金
AZ系列、AM系列、ZE系列。
表面处理方法
1
表面清洗
清洗剂的选择、清洗方法、清洗后的处
电解涂层
2
理。
电解涂层的优点、电解涂层的种类、电
解涂层的工艺流程。
3
喷涂涂层
喷涂涂层的种类、喷涂涂层的优点、喷
机械加工
4
ห้องสมุดไป่ตู้
涂涂层的工艺流程。
机械加工方法、改善镁合金表面质量的 机械加工方法。
应用案例
汽车工业中的应用
提升汽车燃油效率和减轻车 身重量。
航空航天工业中的应用
在飞机结构和发动机部件中 广泛应用。
电子工业中的应用
《镁合金的表面处理》课件
表面处理效果的评估与优化
01
耐腐蚀性能测试
通过盐雾试验、浸泡试验等方法评 估表面处理后的耐腐蚀性能。
外观质量评价
观察表面处理后的颜色、光泽等外 观质量。
03
02
耐磨性能测试
通过摩擦磨损试验评估表面处理后 的耐磨性能。
成本效益分析
对比不同表面处理技术的成本和效 益，选择最优方案。
04
表面处理技术的发展前景与展望
《镁合金的表面处理》ppt课件
contents
目录
• 镁合金简介 • 镁合金表面处理技术 • 镁合金表面处理的应用 • 镁合金表面处理的研究进展 • 结论
01
镁合金简介
镁合金的特点
轻量化
镁合金的密度低，是所有金属结构材料中最 轻的，有利于减少产品的重量。
良好的铸造性能
镁合金具有良好的铸造性能，易于加工成各 种复杂形状。
表面活化
通过化学或电化学方法使镁合金表面生成活性点，提 高涂层的附着力。
表面涂装处理
涂料选择
01
根据使用环境和性能要求选择合适的涂料，如防腐蚀涂料、装
饰涂料等。
涂装工艺
02
采用刷涂、喷涂、浸涂等方法将涂料均匀涂覆在镁合金表面。
涂层性能检测
03
对涂层进行性能检测，如附着力、耐腐蚀性等，确保涂层质量
。
磷化处理
将镁合金浸入含有磷酸盐的溶液中，使其表面形成一层磷化膜，提 高其耐腐蚀性和附着力。
铬酸盐处理
将镁合金浸入含有铬酸盐的溶液中，使其表面形成一层铬酸盐膜， 提高其耐腐蚀性和装饰性。
03
镁合金表面处理的应用
航空航天领域的应用
总结词
提高耐腐蚀性和力学性能
镁合金的表面处理
鎂合金拋光與擦光步驟
操作
磨蝕粒徑
磨輪
速度
類別
直徑(mm) M/S
sfm
粗拋光
60-100(SiC,Al2O3) 帆布﹑羊皮﹑毛氈 150-360 15.3-25.5 3000-5000
中度拋光 100-320(SiC,Al2O3)
疊布
150-360 20.4-30.6 4000-6000
細拋光
240-400
鎂合金表面處理除改變金屬表面之耐腐蝕性﹐也可提供裝 飾性之外觀 ﹐利用硝酸鐵﹐醋酸﹐硝酸鹽或磷酸清洗皆可達到 目的。硝酸鐵酸洗會在表面形成氧化鉻膜﹐使表面鈍化而增強 其耐腐蝕性。醋酸-硝酸鹽及磷酸酸洗可作為一種螫合劑﹐自鎂 合金表面有效去除其它金屬雜質﹐阻止局部電流腐蝕。下表為 鎂合金之酸洗處理法。
布或 羊皮 25-360 22.9-38.2 4500-7500
鍛面表面處理
50-320
擦光圓盤 150-300 15.3-25.5 3000-5000
擦光 矽藻土或Al2O3擦光化合物
棉
150-400 20.4-40.8 4000-5000
化學清洗
鎂合金化學清洗包括蒸氣脫脂﹑溶劑清洗﹑乳化清洗﹑酸洗 及鹼洗。
表面處理
1 溶劑或鹼液脫脂 2 酸洗 3 沖蝕(化學﹑動力﹑干式) 4 機械拋光
1 陽極處理染色 2 噴漆 3 化成處理 4 電鍍
1 陽極處理 2 噴漆 3 化成處理
1 陽極處理/電鍍 2 陽極處理/電鍍 3 陽極處理/化成處理 4 陽極處理及潤滑
鎂合金之表面預處理
鎂合金之表面預處理與其它金屬處理一樣重要﹐因為它會影響到隨后之被覆 制程于鎂零件之制造過程中﹐一些污染物如油脂﹑氧化物或骯臟異物皆可能存 在﹐此外化學處理后之殘留雜質亦必須去除。一般鎂合金零件之清洗制程可分為 四種類別﹕即機械清洗﹑溶劑清洗﹑鹼液清洗及酸洗﹐其中溶劑清洗﹑鹼液清洗 及酸洗亦被歸類為化學清洗。這些方法可單獨使用﹐亦可以組合使用﹐視工作狀 況而定﹐下表為鎂合金使用之清洗制程說明﹕
镁合金功能结构一体化涂层设计
镁合金功能结构一体化涂层设计镁合金功能结构一体化涂层设计，说白了就是给镁合金做“加固”处理，让它更耐用、更抗损害。
你想，镁合金这玩意儿本来就不算硬核的材料，特别是在一些极端环境下，容易氧化，特别容易受潮腐蚀。
可是它的轻巧、强度高的特点又让它成为了很多高科技领域的宠儿，比如汽车、航空航天，甚至是电子产品领域都在广泛应用。
这个涂层的作用，就是要给它加上一层“防护罩”，既能提高抗腐蚀性，又能在某些情况下，提升它的其他功能性，比如导电、导热之类的。
简单来说，就是让镁合金不再那么“玻璃心”。
涂层这一块，跟做一道菜似的，不是随便撒点调料就行的。
要做到完美，得考虑涂层的多重功能。
比如，有些涂层不光是防腐蚀，还需要增加一些电磁屏蔽的效果；有些涂层还要增强抗磨损的性能，甚至还要让涂层在高温环境下也能稳定。
你说，这不是给镁合金“穿上盔甲”嘛。
尤其是在汽车发动机这种高温高压的环境里，镁合金常常因为长期暴露在恶劣环境下，容易“掉链子”，所以给它加上这样的功能涂层，就像是给它装了个“超级大脑”，让它更聪明、更耐用。
你可能会想，涂层的设计不就是个简单的涂涂抹抹的事儿吗？其实不然。
这可是一个技术活，讲究的就是精度和科学性。
涂层材料的选择，得根据实际应用的环境来定。
如果镁合金是用在航空领域，涂层不仅要耐高温，还得轻便；要是用在汽车上，可能还要抗油污、防腐蚀，甚至对环境友好一些。
涂层还得均匀，不能让镁合金的表面“发脾气”了，不然就容易出现涂层脱落、开裂这些情况。
那时候，镁合金就等于没保护，完全暴露在外，反而更容易坏掉。
更有意思的是，涂层的设计还得考虑到镁合金原本的特点，比如它的膨胀系数、导热性能这些。
涂层跟镁合金的结合，得像夫妻一样，彼此相互配合，不能各自为政。
如果涂层和镁合金“合不来”，那就可能出现“水土不服”的情况，严重的甚至会导致涂层的脱落或者开裂。
这就像是咱们做饭时，菜和调料的搭配，太多或者太少，味道都不对。
涂层还得考虑成本问题。
镁合金表面DCPD_涂层的制备及其界面结合机制研究
第53卷第4期表面技术2024年2月SURFACE TECHNOLOGY·193·镁合金表面DCPD涂层的制备及其界面结合机制研究李沛1，李志1*，杨建成1，袁静2（1.青海省人民医院骨科二病区，西宁 810007；2.青海民族大学 物理与电子信息工程学院，西宁 810007）摘要：目的研究CaHPO4⋅2H2O（DCPD）与Mg的界面结合机制，以提高DCPD在镁合金表面的界面结合强度。
方法利用电镀法在AZ31镁合金表面制备DCPD涂层，采用SEM、XRD、XPS等对涂层形貌及结构进行表征。
同时，运用分子动力学模拟（MD）对DCPD在Mg表面形成机制进行研究，通过统计界面层中不同组分的径向分布函数、密度分布、均力势、总能量等的变化，揭示DCPD/Mg的界面结合能、结合位点及结合方式。
结果通过电镀法形成的DCPD涂层形貌为致密的荷花瓣状晶体，主要成分为CaHPO4⋅2H2O。
模拟结果表明，CaHPO4·2H2O的4个晶面（010）、（−120）、（11−1）、（111）、（−120）与Mg的结合能最强（163.63 kJ/mol）。
其中起“铆钉”作用的基团是HPO42−和H2O，结合位点主要为O与Mg，即HPO42−和H2O 通过静电作用及范德华力与Mg形成Mg-HPO42−和Mg-H2O偶极对。
研究发现，形成的偶极对中HPO42−及H2O的配位数分别为0.75和1.16，Mg-H2O的解离能更大，结构更稳定。
结论提出改善DCPD/Mg结合强度的方法，电镀前可将镁合金置于NH4H2PO4溶液中浸泡片刻，促进CaHPO4⋅2H2O（−120）晶面的形成。
关键词：镁合金；DCPD涂层；界面结合能；界面结合位点；分子动力学模拟中图分类号：TG174 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)04-0193-07DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.04.018Preparation of DCPD Coating on Magnesium Alloyand Its Interface Bonding MechanismLI Pei1, LI Zhi1*, YANG Jiancheng1, YUAN Jing2(1. Second Ward of Orthopedics, Qinghai Provincial People's Hospital, Xining 810017, China;2. School of Physics and Electronic Information Engineering, Qinghai Minzu University, Xining 810007, China)ABSTRACT: To improve the bonding force of the CaHPO4⋅2H2O (DCPD) coating on magnesium alloys, the work aims to propose an approach for synthesizing calcium phosphate coating on the surface of magnesium alloy via electroplating. The morphology, microstructure, and interface bonding of the calcium phosphate coating were characterized by a combination of different characterization techniques (SEM, XRD and XPS) and molecular dynamics simulation (MD). The formation of收稿日期：2023-01-12；修订日期：2023-05-05Received：2023-01-12；Revised：2023-05-05基金项目：青海省卫生健康委员会指导性计划课题（2021-wjzdx-33）；中国科学院西部之光人才培养计划“西部青年学者项目”Fund：Suported by the Guiding Plan of Qinghai Provincial Health Commission (2021-wjzdx-33); West Light Talent Training Program of Chinese Academy of Sciences "West Young Scholars Program"引文格式：李沛, 李志, 杨建成, 等. 镁合金表面DCPD涂层的制备及其界面结合机制研究[J]. 表面技术, 2024, 53(4): 193-199.LI Pei, LI Zhi, YANG Jiancheng, et al. Preparation of DCPD Coating on Magnesium Alloy and Its Interface Bonding Mechanism[J]. Surface Technology, 2024, 53(4): 193-199.*通信作者（Corresponding author）·194·表面技术 2024年2月lotus-shape-like calcium phosphate coating, namely its main component, was CaHPO4⋅2H2O. MD simulation was used to analyze the interfacial morphology, radial distribution function (RDF), the potential of mean force (PMF), total energy, interface bonding energy, and relative concentration. The interface bonding energy, mutual bonding site, change in interface structure, and micro bonding mechanism between Mg and DCPD coating were further investigated. The main conclusions included three aspects: (1) Among the four common crystal planes of the DCPD coating, namely layer (010), layer (–120), layer (11–1), and layer (111), the layer (–120) had the strongest interface bonding force with Mg (001), which was 39.09 kcal/mol; (2) The main components of CaHPO4⋅2H2O could be simply divided into Ca2+, HPO42– and H2O. Among them, the relative contents of HPO42–and H2O in the interface layer were higher, indicating that the groups acting as "rivet groups" in the two-phase interface layer were HPO42– and H2O groups. The bonding sites were mainly effective interactions between O and Mg atoms. In other words, HPO42– and H2O groups could form Mg-HPO42– and Mg-H2O dipole pairs with Mg through electrostatic interaction and Van der Waals force; (3) The coordination number of Mg-HPO42– and Mg-H2O dipole pairs were 0.75 and 1.16, respectively, and their molar ratio was close to 1:1. Thus, one Mg atom on the DCPD/Mg interface was closely bound with one HPO42– or one H2O. The coordination number of Mg-H2O dipole pair might be larger due to its higher concentration in the DCPD coating; (4) Compared with Mg-HPO42– dipole pairs, there were more H2O molecules closely bound to Mg atom, forming Mg-H2O dipole pairs, and its dissociation energy (4.23 kJ/mol) was also higher than that of Mg-HPO42– (2.85 kJ/mol). The reason for its higher dissociation energy might be due to the volume of H2O smaller than that of HPO42−, which was easy to rotate in the lattice, thus forming a more stable bonding with Mg. Furthermore, based on the above research, two feasible schemes are proposed to improve the interface bonding energy of DCPD coating and magnesium alloy. The magnesium alloy surface is pretreated before electroplating. Specifically, the magnesium alloy is immersed in NH4H2PO4 solution for a period, so that the H2O and HPO42–groups can better bond with the Mg substrate, thus improving the bonding force of the Mg substrate and DCPD coating interface.KEY WORDS: magnesium alloy; DCPD coating; bonding energy; interface bonding; molecular dynamics simulation镁及镁合金因具有与人骨相似的密度和弹性模量，且具有优良的生物相容性和可降解性，可作为新型可降解骨植入材料而受到国内外学者的广泛关注[1-2]。
镁合金(AZ31B)表面复合涂层的涂装及性能研究的开题报告
镁合金(AZ31B)表面复合涂层的涂装及性能研究的开题报告一、选题背景随着现代工业的不断发展，镁合金逐渐成为一种重要的结构材料，并广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
然而，镁合金表面的化学和物理性质决定了其具有较差的耐蚀性、耐磨性和耐热性。
因此，镁合金表面的涂覆技术已成为一种不可或缺的处理方法，可以显著提高其性能和使用寿命。
传统涂覆方法包括电镀、喷涂和热喷涂等，但存在一些缺点，例如产生大量废水和废气、影响环境和健康等。
相比传统涂覆方法，复合涂层技术具有环保、高效、低成本等优点，因此越来越受到重视。
复合涂层是将两种或以上的材料结合在一起形成的一种新材料，它可以综合利用不同材料的优点，提高表面的性能和耐久性。
目前，国内外已有一些关于镁合金表面复合涂层的研究，但其研究对象多为AZ91D、WE43等较常见的镁合金，而对AZ31B的研究相对较少。
因此，本研究将着眼于AZ31B镁合金，采用复合涂层技术制备涂层，旨在提高其耐蚀性、耐磨性和耐热性，为该材料的应用提供有效支持。
二、研究内容1. 选取合适的复合涂层材料：根据涂层的应用环境及需求，选取适合AZ31B镁合金的复合涂层材料。
2. 设计涂层的制备工艺：根据选定的复合涂层材料和AZ31B镁合金的物理和化学性质，确定制备涂层的工艺条件。
3. 制备复合涂层：采用物理沉积（磁控溅射、电子束蒸发等）或化学沉积（溶胶-凝胶、浸渍法、电泳沉积等）等方法制备复合涂层。
4. 分析涂层的性能：利用电化学沉积、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、拉伸试验等测试手段，分析复合涂层的性能和表面形貌。
5. 评价涂层对AZ31B镁合金的影响：对比未经涂层的AZ31B镁合金和涂层处理后的AZ31B镁合金，评价涂层对其耐蚀性、耐磨性和耐热性的影响。
三、研究意义1. 探索AZ31B镁合金表面涂层的制备方法：本研究将针对AZ31B镁合金的特殊物理和化学性质，研究适合其表面涂覆的复合涂层材料及制备工艺，为该材料的应用提供技术支持。
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添加 而 恶 化 。为提 高镁 合 金 的 耐蚀 性 ，采 取 了 如 电镀 、 极 化 处 理 和 化 学转 变 等 表 面 改 性 技 阳
Ｉ 稀有金属快报 ２０ 年第 ９ ６ ０２ 期
淀 纯 镁 涂 层 以提 高其 耐 蚀 性 能 。
了 ，平均 晶粒 尺 也 扩 大 到 了 ０４ ｒ：在 烧 结 温 ．１ｎ ｘ 度 进 一 步 上 升 到 １０ ℃ 时 ，平 均 品 粒 尺 寸 达 ０ １
物 三 种 试 样 显 示 出几 乎 相 同 的粉 粒 形 貌 ， 们 它 全 部 具 有 数 十 个 纳 米 的 平均 粒 度 ， 一数 值 是 这 与 ＢＥ 测 量 结 果 很 接 近 的 。 事 实 证 明 ， Ｔ
业 已得 出 ，Ｐ Ｚ ８６／５陶 瓷 的 铁 电参 数 Ｌ Ｔ ／５３
如下表 ：
相 比，Ｌ Ｔ ／５３ 呈现 出比较低的烧 结温度 ， Ｐ ｚ ２９／５
这 意 味 着 锆 含 量 高和 镧 含 量 低 都 有 助 于 低 温
另 外 ，磁 滞 回 线 检 测 结 果 表 明 ，
Ｐ Ｚ ５６ ／ ５ 瓷 显 示 出典 型 的 非铁 电行 为 。 Ｌ Ｔ１ ／５３ 陶
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新 材 料 ・新 互 芝
实验过程 加 热炉 由 ５ 个可 分 别控 制温 面 外１ 能 获 得 涂层 。 均 度 的 加 热 段 组 成 ， 加 热 区 内 径 为 ３ ｍｍ Ｘ ０
９０ ０ ｍｍ 不锈 钢 管 。在 不 同温度 下蒸 汽压 的变 化 和 不 同 元 素 蒸 汽 压 的 差异 是 进 行 沉 淀涂 层 的理 论 基础 。 因此 确 定足 够 的挥 发和 沉积 温 度 是 必 要 的 。确 定 的 挥 发源 温 度 接近 镁 的熔 点 ９０ ０ Ｋ，基 体 的 温 度 约 ５ ０ ０ Ｋ。加热 区采用 三 种
Ｐ Ｚ ８６ ／５和 Ｐ Ｚ ￣５３ Ｌ Ｔ ／５３ Ｌ ＴＩ ／５粉 末 的烧 结 行 ５
到 Ｏ １ｎ ．ｘ ，烧结密度 也更大 。另外又看到 ，在 ８ｒ
１０ ＂ ０Ｃ下烧 结 的 Ｐ Ｚ ８ ／５ 陶 瓷 具有 非 常 ２ 寸 为 ２． ｐ ｍ。 Ｐ ｚ ８６／５陶 瓷 的平 均 晶粒 尺 寸 随 着烧 结温 Ｌ Ｔ ／５３ 度 的升 高而 不 断 地 增大 ， 它 ２种 陶 瓷 的情 况 其
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引起 研磨粉 末 的组织缺 陷和无序排 列 。Ｘ Ｄ Ｒ
下 的致 密 化 。
分析表 明，Ｐ Ｚ Ｌ Ｔ相 的反应几乎完成 了，在粉
末 中未 反应 组份 的存在 不影 响 Ｐ Ｚ 陶瓷 的 ＬＴ
形成 。
从 Ｐ Ｚ 陶瓷的晶粒尺寸与烧结温度 的 ＬＴ 关 系 曲线 中得 出 ，在 ９ ０ 温 度 下烧 结 的 ０℃
的烧 结 行 为 。事 实 证 明 ，高 能量 球 磨 技 术 是 制 造ＰＺ Ｌ Ｔ陶 瓷 的很有 前 途 的方 法 ，因为 与 普 通 的 固 态 反 应 方 法 和 以湿 式 化 学 工 艺 为 基 础 的
方法 相比，高能量球磨方法是 比较 简单 的。
（ 金 昌） 黄
镁 合 金上 的纯镁 表 面涂 层
在 基 体温 度 为 ６ ５ 时 ，进 行 了不 同挥发 ２Ｋ 源 温 度 的试 验 ，结 果 表 明 ，在 ８ ３ 和 ９ ３ ７Ｋ ７Ｋ 时 ， 基体 上 的涂 层 形 貌 相似 。在 ｌ２ Ｋ 时 ， ０３ 在 基 体表 面 有 小 明亮 的颗 粒 。 从组 织均 匀 性 的 观 点 可 以看 出 ，８ ３ ９ ３ 区 间 为合 适 的挥 ７ Ｋ～ ７ Ｋ 发温 度 范 围 。 上述 结果 都 是 以 ３ Ｍｇ作 为挥 发 源 。实 Ｎ． 际 上 ，镁 合 金 也 可 作 为挥 发源 ，用 Ａ ９ Ｅ合 Ｚ１ 金 为挥 发 源 与 ３ Ｍｇ的对 比试验 表 明 ，当基 Ｎ．
镁 及 其 合 金 的 主 要 缺 点 是 它 的 耐 蚀 性 能 低 ，镁 的 标 准 电位 是 金 属工 程 材 料 中最低 的 。 镁 的 耐蚀 性 能 是 因 重金 属 杂 质 Ｆ ．Ｎｉ ｕ的 ｅ 、Ｃ
术 。但 是 ，当再 次 回 收 时 ，电镀 层 的镍 、铜 等 严 重 影 响镁 的耐 蚀 性 能 。 阳 极化 处 理 和化 学 而 处 理 用 的铬 氧 化 物 因为 有 毒 而 限制 其 使 用 。日
Ｐ Ｚ ８６ ／５陶 瓷 ， 平 均 晶 粒 尺 寸 为 Ｏ２ｘ ； Ｌ Ｔ ／５３ 其 ．１ｎ ｒ
Ｓ Ｍ 检 验 结 果 表 明 ， Ｐ Ｚ ８６ ／５、 Ｅ Ｌ Ｔ ／５３
Ｐ Ｚ ５ ／５和 Ｐ Ｚ ２９ ／ 磨 氧 化物 混 合 Ｌ Ｔ１￣５３ Ｌ Ｔ ／５５研
当烧 结温度提 高到 Ｉ０ ￣时 ，不仅密度增大 Ｏ０ Ｃ
与此相似 。
为 是 相 似 的 ；前 者 的膨 胀 尖 峰 温 度 为 ７ ０ ， ８℃ 后 者 为 ７ ０Ｃ。据 认 为 ，这 样 的 膨胀 是在 研 磨 ９＂ 过 程 中 未 反 应 的残 余 氧 化 物 组 份 之 间 发生 反
应 的 结果 。 与 Ｐ Ｚ ８ ／５ 和 Ｐ Ｚ ６ ／５ Ｌ Ｔ ￣５３ Ｌ ＴＩ／５３ ５
３种 成 分 的 Ｐ ｚ Ｌ Ｔ陶 瓷 粉 末 ，它 们 显 示 出 了 比 利 用 传 统 固态 反 应 方 法 获 得 的 陶 瓷 粉 末 更 好
ＰＥ 曲线斜度 的增 大是 随着烧 结温度 的升高 ． 而 晶粒尺寸亦增大 的结果 。 利用氧化物作为原料 ， 借助高能量球磨工
艺 ， 接 合 成 了铁 电性 的 Ｐ Ｚ ８ ／５ 非 铁 电 直 Ｌ Ｔ ５３ 、 性 的 Ｐ Ｚ ５６ ／５和 抗 铁 电性 的 Ｐ Ｚ ８９ ／ Ｌ Ｔｌ／５３ Ｌ Ｔ ／５５
沉积效果也 受基体温度 的影响。 温度高于
６５ ２ Ｋ， 基 体 上 也 有 部 分 的 挥 发 。 温 度 低 于 ４７ ８ Ｋ，基 体 上 会 有 部 分 未 涂 上 涂 层 。随着 基
体温 度 的升 高 ， 晶粒 尺 寸在 长 大 。对 比认 为 ， 基 体温 度 在 约 ６ ０ 为适 宜 的沉积 温度 。 ０Ｋ