镁合金化学转化处理_王洁

我国在镁合金化学转化膜方面的研究起步较晚 , 与 发达国家 相比 有很 大的 差距 。 周婉秋 等研 究了 AZ31D 镁合金在锰盐和磷酸盐组成体系中的转化 膜
[ 10, 11]
, 通过在基础液中加入缓蚀剂 , 可形成保护 1 . 4 稀土转化膜 稀土转化处理是目前镁合金无铬转化处理中 受广泛关注的一种方法 , 能显著提高镁合金的耐蚀 性 。 由于其转化膜无毒 , 对环境及人体危害较小 , 国内外都对其进行了研究 。 Am y L R 等对镁和镁 合金 W E43 在稀土镧和镨的硝酸盐溶液中进行转 化 , 试样表面形成一层肉眼可见的稀土转化膜 , 膜 层基本由稀土氧化物 、 氢氧化物以及基体金属的氧 化物所组成
。在 p H 值为 8 . 5 的缓冲溶液中测
定试样的阳极极化曲线和交流阻抗谱 , 结果表明 , 镁和镁合金的耐腐蚀性都得到显著提高 , 在一定的 阳极极化电位范围内 , 稀土转化膜阳极溶解电流密 度较未处 理表面下降 了 100 倍 。 不过 , 试验 还发 现 , 稀土转化膜的耐腐蚀性随着在腐蚀介质中停留
。 尽管铬酸 盐转
化处理工艺成熟 , 性能稳定 , 具有很好的防护作用 , 但六价铬对人体健康有害 , 且污染环境 , 因此必须 向无铬转化膜工艺发展 。
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镁
合
金
化
学
转
化
处
理
1. 2 磷酸盐转化膜 磷化是在金属表面通过化学或电化学反应 , 形 成一层非金属的 、 不导电的 、 难溶的多孔磷酸盐膜 。
, 发现转化膜在溶液中的耐
腐蚀性随浸泡时间的延长呈先增强后减弱的趋势 , 这与 Amy L R 等人的试验结果一致 。 虽然稀土转 化膜对镁合金只能进行短时的防护 , 若同时结合封 孔处理 , 可进一步提高转化膜的耐腐蚀性能 。 1. 5 有机化合物转化膜 目前 , 镁合金的有机金属化合物转化和有机酸 化合物转化越来越受 到重视 。 K akizak i等研究了 镁合金在含锌 、铝 、钛等金属有机化合物溶液中的 转化处理 , 得到的有机 -无机复合膜可提高镁合金 的耐腐蚀性
[ 18]
性好 、硬度和厚度均超过铬酸盐膜的转化膜 , 从转 化膜在 5%N aC l溶液中的阳极极化曲线可以看出 其具有一定的自愈合能力 。 赵明等通过正交试验 法优选出较好的磷酸 高锰酸盐配方 , 经该配方处 理后所得转化膜的耐腐蚀性与铬化处理转化膜相 当
[ 12]
。 表 2列举了几种典型的磷酸盐转化处理液
[ 8]
,
配方 1
形成了以 M g3 (PO4 ) 2为主要组成物的磷化膜 , 膜厚 约 4～6 μ m 。 盐雾腐蚀试验结果表明 , 膜层耐腐蚀 性能良好 。 Chong K Z等也采用磷酸盐 高锰酸盐 对镁合金进行化学转化处理
[ 9]
, 得到类似的结果 。
60 ℃, 浸 渍 3 1 . 0 m ol /L m in → 水洗 → 干 调整 pH = 2～ 6 燥 22 . 64 . 23 . 30 . 5 g /L 50 ℃, 浸 渍 15 0 g /L m in → 水洗 → 干 8 g /L 燥 0 ～ 50. 0 mL
表 1 典型的铬酸 盐转化处理液配方及工艺
序 号 N aHF2 配方 1 N a2 C r O 2 7 A l2 (SO 4 )3 HNO 3 N a2 C r 2 O7 配方 2 HNO 3 N a3 PO 4 H 2 S eO 4 配方 3 N a2 C r 2 O7 K F 或 M gF2 2H 2 O 配 方 15 . 0 g /L 120 . 0 g /L 7 . 5 g /L 90 . 0 g /L 65 . 0 ～ 80. 0 g /L 7 . 0 ～ 15. 0 g /L 65 . 0 ～ 80. 0 g /L 10 ～ 20 g /L
表 3 典型的重金属含氧酸化合物转化处理液配方及工艺
序 号 N aOH K 2 SnO 3 CH 3 COON a N a4 P2 O 7 配方 2 N a2 M oO 4 H 2 SO 4 C o(NO 3 )2 配方 3 N aNO 2 N aI H 2 O 2 (30%) 6H 2 O 配 方 9 . 95 g /L 49 . 87 g /L 9 . 95 g /L 49 . 87 g /L 处理工艺 60 ℃, 浸 渍 3 ～ 5 m in → 水 洗 → 干燥
[ 6]
1 . 3 重金属含氧酸化合物转化膜 GonzalezM A 等研究了 ZC71 镁合金在锡酸盐 溶液中的转化膜
[ 15]
, 膜厚 2 ～ 3 μ m , 主要成分为晶
态 M gSnO3 。 随着转化时间的延长 , 转化膜的电极 电位上升 , 且在搅拌状态下电极电位明显升高 。 加 藤智也等将含铝的镁合金与钼 、 钨 、钒等重金属含 氧酸溶液反应 , 用着色程度估计膜的厚度 , 浸泡 3 m in, 镁合金表面由淡棕色变成深棕色 , 再变成浅黑 色 , 这种黑色转化膜较厚 , 有较强的耐腐蚀 性
沸 腾, 浸 渍 120 . 0 ～ 130 . 0 g /L 0 . 5 ～ 5. 0 m in 2 . 5 g /L → 热 水洗 → 干燥
早期的镁合金用磷酸盐处理 , 膜层质量不如铬转化 膜 , 且处理时溶液消耗快 , 溶液组成和酸度难以保 持稳定 , 因而实际应用很少 。 而后期得到的磷酸盐 转化膜呈非晶态结构 , 表面较为平整 , 与基体结合 牢固 , 其耐蚀性与铬酸盐处理后相当 。 H awke D 等 对镁合金 AM 60B 进行磷酸盐 高锰 酸盐处理
。 镁合金铬酸盐转化机理为 : 镁合金
表面被氧化后 , 镁离子进入溶液 , 析出的氢使六价 铬还原成三价铬 , 同时由于镁合金和溶液界面上的 pH 值上升 , 三价铬以胶体形式沉淀 , 并结合一定量 的六价铬 , 在镁合金表面形成铬酸盐膜 。 这层铬酸 盐膜在未失去结晶水时 , 具有很好的防护作用 , 但 在高温下 , 膜层由于失去结晶水而破裂 , 自修复能 力丧失 , 耐腐 蚀性能大大降低
[ 20]
。 Yashiro K 等将植酸与钛 、锆等金
[ 21]
属配位 , 在镁合金表面生成一层致密转化膜 , 具有 良好的耐腐蚀性 , 与涂层有较好的附着力 研究指出
[ 22]
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N aHF2 NH 4 H 2 PO 4 100 g /L 40 ℃, 浸渍 1 ～ 2 m in → 5 H 3 PO 4
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镁
合
金
化
学
转
化
处
理
时间的延长而有所下降 , 这种耐腐蚀性的不稳定性 在于稀土转化膜具有微孔 , 导致介质沿膜孔渗入基 体引起腐蚀 。 张永君等研究了高纯镁和镁合金在 5 种稀土盐溶液中的成膜情况及膜层在 3 . 5%N aC l 溶液中的腐蚀行为
[ 19]
2 展 望
目前对无铬转化处理的研究大都停留在实验 室阶段 , 并且存在一些问题 , 如溶液消耗快 、处理时 间长 、 形成的膜层薄 、 疏松 、 不均匀等缺点 , 不适合 工件的批量处理 。 此外 , 由于对无铬转化处理的研 究尚处于起步阶段 , 对各种处理方法所得到的膜层 结构 、 组成 、 性能的认识还不够充分 , 无法提出一个 较为成熟的成膜机理 , 今后镁合金无铬转化处理的 研究重点应放在对转化膜的结构 、组成 、 性能以及 形成机理等方面 。 新型无铬转化处理工艺 , 特别是 稀土盐 、 有机酸盐等转化处理工艺 , 由于其转化膜 的耐腐蚀性能较好 , 且无毒无害 , 将成为今后研究 的热点 。 [ 参 考 文 献 ]