Mg_Mn合金的碱性阳极氧化研究

M g 2Mn 合金的碱性阳极氧化研究郑乃贞,郑旦亮(福州大学材料科学与工程学院,福建福州　350002)摘要:研究了Mg 2Mn 合金的碱性阳极氧化工艺。

分别采用SE M 、XRD 、电化学分析系统和维氏硬度计分析了试样的转化膜形貌、物相、耐蚀性以及膜厚和硬度。

结果表明,转化膜由Mg O 2和Mg 2MnO 4构成;其形态特征与铝合金阳极氧化转化膜一样也呈多孔状,但孔径要大得多。

经碱性阳极氧化后各主要性能均有明显提高。

关键词:镁合金;阳极氧化;转化膜中图分类号:TG178 文献标识码:A 文章编号:025426051(2006)0820024203A lka li n e Anod i c O x i d i z i n g of M g 2M n A lloyZHENG Nai 2zhen,ZHENG Dan 2liang(College of Materials Science and Engineering,Fuzhou University,Fuzhou Fujian 350002,China )Abstract:The p r ocesses of alkaline anodic oxidizing t o p repare oxide fil m s on Mg 2Mn all oy were studied .The mor phol o 2gies,surface phases,corr osi on resistances,thickness and hardness of the fil m s were analyzed by SE M ,XRD,electr oche m 2istry syste m and m icr o 2hardness test res pectively .The results indicate that the oxide conversi on fil m s are composed of Mg O 2and Mg 2Mn O 4.The fil m s show irregular por ous structure,whose aperture are much larger than those anodized on A l all oy .Maj or p r operties of Mg 2Mn all oy treated by alkaline anodic oxidizing are i m p r oved obvi ously .Key words:magnesium all oy;anodic oxidizing;conversi on fil m作者简介:郑乃贞(1954—),女,福建长乐人,实验师,主要从事金属材料表面技术研究工作,已发表论文5篇。

联系人:郑旦亮电话:0591228306353,0591287893593　E 2mail:dlzh@fzu .edu .cn 收稿日期:2006203212 金属镁是地壳中储量较多的金属之一,仅次于铝和铁。

镁合金有几个突出的优点[122]:①比强度高,它是实际应用中最轻的金属结构材料;②高的抗电磁干扰屏障;③无毒、可回收。

镁及其合金广泛应用于汽车、电子、通讯、家用电器、光学仪器、机械设备、航空航天、导弹、常规武器等领域[3],已成为继钢铁、铝合金之后的第三类金属结构材料,被誉为“21世纪的绿色工程材料”[4]。

镁的标准电极电位仅为-2134V [5],在自然条件下很容易被氧化。

然而所形成的氧化膜疏松多孔、脆性大、易剥落,对基体不能起保护作用,因而不适于大多数腐蚀环境[6]。

在镁合金的各种表面处理技术中,酸性溶液条件下的阳极氧化工艺最为成熟,应用也最为广泛[7210]。

但溶液中大都含有铬离子等重金属,对环境和人类健康造成极大危害[11212]。

因此,研究与开发环保型的碱性阳极氧化工艺具有重要意义。

1　试验材料及方法111　试样制备将镁锰合金板材线切割为10mm ×10mm ×3mm的试样,化学成分见表1。

经细磨(01～04号金相砂纸)、碱法除油(100g/L Na OH )、酸洗(20m l/L HCl )后进行碱性阳极氧化。

电源采用YJ66型晶体管稳压直流电源,氧化时间1h,阴极采用钛板,选用溶液成分Na OH 、Na 2CO 3各50g/L,进行不同槽压(10、20、30、40V )的阳极氧化试验,以比较槽压对转化膜的影响;在槽压为20V 时,进行不同溶液成分(Na OH 和Na 2CO 3各25g/L 、50g/L 、75g/L )的阳极氧化试验,以比较溶液浓度对转化膜的影响。

另外在溶液中均加入适量的添加剂。

表1　镁锰合金的化学成分(质量分数,%)Table 1　Che m i ca l co m positi on of the M g 2M n a lloy (wt%)Mn A l 、ZnCu 、N i 、FeGe Si 115～210各<012各<0105012～0135<011结构颗粒排列密集、紧凑、间隙小,片层叠加如同“鳞甲”,减少点蚀现象发生,类似达克罗涂层。

(2)片状结构颗粒堆积形成镀层,无论钝化与否,表面光亮度明显好于球状颗粒堆积形成镀层。

锌2铝(10wt%)合金片状化结构形成的镀层光亮度最好。

(3)片状结构金属粉末形成的镀层耐腐蚀性明显优于球状金属粉末形成的镀层,锌2铝合金形成片状化镀层耐腐蚀性最好。

参考文献:[1]　AST M B69521985,Standard Specificati on f or Coatings ofZinc Mechanical Deposited on Ir on and Steel[S].[2]　丁金城,赵增典.机械镀锌在高强度螺栓生产中的应用[J ].材料保护,2000,33(9):17220.[3]　M ilt on W einer .Peop le in Finishing:Mechanical Galvanizers[J ].Metal Finishing,1993(3)13214.[4]　于淑敏.片状叠层结构材料的耐蚀机理[J ].汽车工程材料,2003(2):15220.42《金属热处理》2006年第31卷第8期112　性能测试转化膜表面形貌与膜厚测试在Phili p s XL30ES 2E M 型扫描电镜下进行;转化膜物相用型号为Phili p s Analytical X πPert 的X 射线衍射仪测试。

采用HX 21000型显微硬度计测试样品表面硬度,载荷砝码25g,保持时间15s 。

在BAS 2100A 型(B i oanalytical Syste m.Purdue,I N US A )电化学分析仪上测试阳极极化曲线。

采用标准的三电极系统:试样为工作电极,预留出1c m 2作为工作面,其余用绝缘涂料绝缘;辅助电极为铂丝;饱和甘汞电极(SCE )为参比电极。

分析仪内接一恒电位仪,整个系统由计算机控制。

NaCl 与Mg Cl 2的混合水溶液(V NaCl ∶V M gC l 2=3∶1)为电解液,总浓度315%;扫描速度150μV /s 。

2　结果与分析211　转化膜表面形貌与铝合金一样,镁合金的阳极转化膜也为多孔状结构,见图1、图2,但是孔径要大得多。

从图1可看出,随槽压的升高孔径变大、孔数变少,而膜趋于光滑致密。

由于微孔是倒锥形状[13],其他条件相同时膜越厚,表面孔径就越大。

而槽压越高膜层增厚速度越快,最终膜层越厚,因此孔径变大。

孔的数量变少的原因,很可能是膜生长过程中相邻微孔合并的结果。

而槽压越高膜层越光滑致密是个有趣的现象,需进一步探讨。

另外,随槽压的升高,膜外观由灰白色逐渐变成透明无色。

从图2可看出,随溶液中Na OH 、Na 2CO 3浓度的升高孔径变小。

这是由于随着浓度的升高,溶液中被电离的O 2-离子增多。

众多的O 2-离子使得膜层纵向增图1　不同槽压下转化膜的表面形貌(Na OH 、Na 2CO 3各50g/L )　×1000Fig .1　Surface mor phol ogies of the conversi on fil m s under different voltage (50g/L Na OH +50g/L Na 2C O 3)　×1000(a )10V (b )20V (c )30V (d )40V图2　不同溶液成分下转化膜的表面形貌(槽压20V )　×1000Fig .2　Surface mor phol ogies of the conversi on fil m s under different s oluti on compositi on (20V )　×1000(a )25g/L Na OH +25g/L Na 2CO 3　(b )50g/L Na OH +50g/L Na 2CO 3　(c )75g/L Na OH +75g/L Na 2CO 3厚的同时,还能向微孔内横向成长,从而使孔径变小。

此结果与文献[5]的结果相一致。

212　转化膜的相组成典型的酸性阳极氧化(DOW 17法)转化膜是由Cr 2O 3、MgCr 2O 4及Mg 2FP O 4构成,“HAE 法”转化膜由Mg O 和尖晶石Mg A l 2O 4构成[3]。

而采用本试验的碱性阳极氧化,其转化膜均由Mg O 2和Mg 2MnO 4构成,如图3所示。

其它工艺处理的转化膜的XRD 谱图与图3大同小异。

其中的Mg O 2为立方晶系的氟石结构,Mg 2Mn O 4为复杂面心立方结构。

这两种氧化物比图3　转化膜的XRD 谱图Fig .3　XRD pattern of the conversi on fil m(40V ,50g/L Na OH +50g/L Na 2CO 3)52《金属热处理》2006年第31卷第8期Mg O更致密、更稳定,因此将对镁合金基体起到很好保护作用。

另外,谱图中出现的Mg谱线来自基体,是Mg2Mn的固溶体。

213　膜厚与维氏硬度经SE M直接测定试样断面所得的膜厚数据见表2。

从表2可以明显看出:随槽压升高,膜厚不断增加,而到30V以后增幅变小,40V时膜厚为1611μm。

槽压越高,阳极的电化学反应越快,即成膜速度加快,从而膜厚越大。

但成膜速度不能无限加快,因此进一步增加槽压时膜层增厚变缓。

而溶液浓度的升高对增厚不明显,见表2。

这是因为溶液浓度的升高同时具有双重作用:一方面使电化学反应速度、成膜速度加快,另一方面也使化学溶解作用加剧,综合作用的结果对增厚不明显。