镁合金

镁合金微弧氧化陶瓷膜的耐蚀性

摘要：AZ31B镁合金在碱性硅酸盐溶液中进行微弧氧化制备出一种陶瓷膜来提高其耐蚀性。利用X射线衍射分析得出陶瓷膜的相结构由Mg2SiO4和MgO组成，扫描电镜图像表明陶瓷膜具有双层结构，即外侧疏松层和内部致密层，在疏松层分布着一些直径在1-3微米的圆孔，但是，这些圆孔并没有穿透致密层。在浓度为3.5%的NaCl溶液中进行的极化曲线和失重实验，结果表明，陶瓷膜能显著提高镁合金的耐腐蚀性能。

关键词：镁合金，微弧氧化，陶瓷，涂层，腐蚀

1.前言

镁及镁合金广泛应用在汽车、航空航天、通讯和电子元件等领域，这得益于镁及镁合金具有优良的物理性能和机械性能，例如密度小、比强度高以及电子屏蔽性能好等优点。但是，镁及镁合金很容易发生电化学腐蚀，在金属表明产生腐蚀坑，从而降低金属的稳定性并且影响金属表明的美观。这大大限制了镁及镁合金的应用，特别市在酸性和海水腐蚀这些环境中得发展。

在镁合金防腐领域有很多表面改性技术，如化学转化膜技术、电镀、阳极氧化等。近年来，出现了一种新的表面处理技术—微弧氧化，这项技术已经在铝合金、钛合金中得到应用并得到一定的发展，微弧氧化技术既能提高金属的耐蚀性，又能增强金属的耐磨性。本次研究通过在碱性硅酸盐溶液中利用微弧氧化技术制备出陶瓷膜，并运用极化曲线和失重法试验研究其耐腐蚀性能。

2.试验步骤

本次试验选用AZ31B压铸镁合金作基体，其化学成分如表1所示，在进行实验之前，

试样需要先用1000#的防水氧化铝砂纸进行打磨，然后用丙酮除油，再用蒸馏水冲洗干净，最后晾干。微弧氧化实验所用的电解液为碱性硅酸盐溶液，其配方和实验条件见表2。

3.结论与讨论

表面和横截面的形貌特征

微弧氧化的实验设备包括一个高能电源装置，一个不锈钢容器，同时容器作

为电极，搅拌系统和冷却系统，作为阳极的试样。（如图1）

利用扫描电镜观察微弧氧化制备出得陶瓷膜表面及横截面的形貌特征。此次实验所用的NaCl溶液都必须经过过滤，在未搅拌时温度始终保持在20℃，利用饱和甘汞电极测量所用的电位。

图2（a）为镁合金微弧氧化陶瓷膜的扫描电镜图片，由图可知，在膜层表面形成了一些圆孔，着中国不均匀的膜层生长机制以及在膜层生长过程中吸收氧气可能与陶瓷膜具有延展性有关。如图2（b）所示，陶瓷膜是双层结构，外侧疏松层和内部致密层，在疏松层分布着直径在1-3微米的的圆孔，但是这些孔洞并没有穿透致密层到达基体。

3.2相结构

图3是基体和微弧氧化陶瓷膜的X射线衍射图。通过与ASTM卡片的对比，可以得出，微弧氧化陶瓷膜相结构由Mg2SiO4和MgO组成，合金基体的峰值特别强，表面X射线很容易穿透多孔结构的陶瓷膜，这个结果和扫描电镜的分析相一致。

3.3极化曲线

本次试验利用三电极体系来进行极化曲线试验：铂片为辅助电极，饱和甘汞作为参比电极，工作电极用环氧树脂密封，露出1cm2的合金表面与电解液接触，当腐蚀电位稳定后，利用EG&G273型稳压器和EG&GM352型计算机软件测量其电位，测量时扫描速率为1mv/s，扫描范围为-1800mv—1000mv。

图4是经过微弧氧化陶瓷膜及镁合金基体的电位极化曲线，有图可以得出腐蚀电位，腐蚀电流密度，阳极和阴极的Tafel斜率（βAβB），然后根据近似的线性极化曲线得出腐蚀电位（Ecorr），极化电阻可通过关系式

得出，式中得jcorr是腐蚀电流密度，极化曲线所得出的电化学腐蚀参数见表3。

显然，相对于没有陶瓷膜层的极化曲线，有陶瓷膜的试样的极化曲线向正方向偏移了180mv，这表明其耐蚀性优于没有陶瓷膜的试样。就腐蚀速率来说，结果表明具有陶瓷膜的试样其腐蚀电流密度（jcorr）和极化电阻（Rp）至少降低了三个数量级，并且没有陶瓷膜的试样高了4个数量级。

3.4失重实验

在不搅拌的室温条件下，将有陶瓷膜和没有陶瓷膜的试样放在3.5%NaCl溶液浸泡120h，试样表面积与溶液的体积比为50，每隔24h对从试样表面脱离的腐蚀产物进行干燥和称重，结果如表4所示，表明相比于没有陶瓷膜的试样，有陶瓷膜的试样的平均腐蚀速率减少了388倍。

图5是在经过120h后有陶瓷膜和没有陶瓷膜的表面形貌。镁是一种电化学性质非常活泼的物质，当没有陶瓷膜的试样开始浸入3.5%NaCl溶液时，立刻就能观察到析氢现象以及试样表面会有气泡覆盖，生成的氢气泡间歇性的从表面释放出去。一开始发生腐蚀，在蚀坑周围就会生成一种类似于Mg(OH)2的白色沉淀物，然后沉积到溶液当中，合金表面形成很多孔洞，颜色变成灰色。浸泡120h 后，没有陶瓷膜的试样被腐蚀非常严重，一些孔洞已经穿透了基体，而有陶瓷膜的试样只有轻微的腐蚀，颜色变暗了些，在膜层表面吸附了少量的沉淀而已。

扫描电镜图片显示，在陶瓷膜的表面分布着密集的孔洞，孔洞对合金的耐蚀性能很不利，但是这些孔洞仅仅分布在外侧的疏松层，并没有穿透致密层，从而可以得出结论：陶瓷膜内部的致密层能有效阻止合金基体被腐蚀。

4.结论

利用微弧氧化技术可以在镁合金表面成功制备出陶瓷膜，X射线衍射图表面，微弧氧化陶瓷膜的相结构由Mg2SiO4和MgO组成，由扫描电镜图相可知，陶瓷膜具有双层机构，即外侧疏松层和内部致密层，在致密层分布着一些圆孔，但是这些孔洞并没有穿透致密层，极化曲线和失重试验结果都表明，相对于没有微弧氧化陶瓷膜的试样相比，有陶瓷膜的试样具有很好的耐蚀性，这说明，在镁合金防腐方面，微弧氧化是一种非常有效的表面改性技术。