镁合金腐蚀中文翻译版

高耐腐蚀涂层的纳米晶镍AZ91D镁合金

摘要

纳米晶体镍镀层AZ91D镁合金首先基体通过直接化学镀镍作为保护层，采用直流电镀法形成纳米晶镍镀层。作为比较，在本论文中两个化学镀镍涂层具有不同厚度也考虑在内，表面的镀层形态，使用扫描电镜和FESEM进行了研究。经XRD图像显示纳米晶镍镀层的平均晶粒尺寸约40 nm和明显的（ 200 ）首选纹理，镀镍涂层镁合金表面硬度约580 VHN ，这是远远高于（约100 VHN ）的AZ91D 镁合金表面硬度。电化学测量结果表明，纳米晶镍镀层的镁合金是最低的腐蚀电流密度和最正的腐蚀电位的，此外，在本次快速腐蚀试验表明纳米晶镍镀层

AZ91D镁合金具有很高的耐腐蚀性能，究其原因，镁合金耐腐蚀性能的提高，应归功于纳米晶镍涂层晶细结构和低的孔隙度。

关键词：纳米晶镍;镁合金;电镀，化学镀镍;腐蚀

1 引言

在许多行业镁合金成为日益重要的轻质金属结构材料（密度为 1.74 g/cm3 ），例如飞机制造，航天技术，光学，汽车制造业。然而，实际上是镁及其合金通常有相对较差的腐蚀阻碍，这限制了镁合金在实际环境中的应用。因此，通常是采取改变镁或镁合金工件的表面性质，以提高其抗腐蚀性和耐磨损性，可焊性，导电性或装饰外观。这可以通过镀上具有理想和具体应用所必需的性能的金属来实现。

由于镁是最高电化学活性金属之一，镁合金上的任何涂层应均匀，粘附和无孔隙。产生金属涂层最具成本效益和最简单的技术是基电镀技术，包括化学镀和电镀。此外，镁由于其高反应被列为典型的困难基板板块金属。至于对镁合金镀层，目前有两钟方式用于镀镁及镁合金：直接化学镀镍和锌浸泡。在许多以前的研究中提出化学镀镁合金的方法：镍离子由基本的碳酸镍镀液中提供。不同于上面提到的方法，直接化学镀镍的AZ91D镁合金最近进行的使用镀液载硫酸镍。

近年来，更高关注材料表面镀层的机械性能，耐腐蚀性能和耐磨性。据一些研究声称，纳米材料展出许多与不寻常的与常规多晶或非晶材料的力学性能和电化学性能。因此，引入纳米涂层，具有高耐腐蚀性能与良好的耐磨性的镁合金非常有希望的。

在本文中，对化学镀镍从酸性浴第一次沉积AZ91D镁合金的保护层，在进行进一步电镀操作，形成纳米镀层。通过扫描电镜， FESEM ， XRD和电化学测量研究纳米镀镍AZ91D镁合金显微和电化学性能。

2 实验

基体材料是AZ91D镁合金压铸镁合金，大小

为30 * 40 * 5毫米。此合金，主要是含有大约

9.1％铝，锌0.64％，锰0.17％， 0.001％铁

和镁的平衡相。在预处理进程之前样本用1500cm

碳化硅砂纸研磨。镀AZ91D镁合金的技术流程图

显示图1 。此样品进行用去离子水彻底清洁在任

何两个步骤之间。直接化学镀镍的厚度约度上10

微米镍在AZ91D镁合金上，被用来作为保护层进

一步电镀上。电镀纳米镍涂层镁合金是直流电

镀，电镀液中含有硫酸镍，氯化镍，硼酸和糖精，

pH值为5.0和温度为50度。在电沉积过程中，

用电解镍板作为阳极。电镀纳米镍涂层进行了约

30分钟涂层厚度约15微米。扫描电子显微镜和

场发射扫描电子显微镜分别为观察涂层的表面

和横截面的形貌，EDX能谱仪用于定性元素化学

分析，样品的精细结构通过XRD在扫描速度和进

度为4度/min和0.02度下进行了研究，使用HXD

- 1000微型与维氏硬度计压，压头100克持续，

时间15S，对镁合金的涂层硬度进行了评估。

电化学测量设备电化学分析仪

（ CHI800 ，上海，中国），使用3 ％

氯化钠水溶液，经典的三电极电池板其

中铂（ Pt ）作为对电极和Ag/AgC

l

电极（ 207毫伏作为参比电极进行线性扫

描伏安法实验。在测试之前,将工作电极

在丙酮激动超声清洗10分钟。样品使用

双涂层环氧树脂（内啡肽651 ）覆盖，剩出约1 cm2

的面积进行电化学测试。参比电极和铂

电极固定在距离工作电极约0.5毫米，

以尽量减少由于电解液IR 下降而导致的误差。在电位扫描实验之前，对样品首先在3 ％ NaCl 溶液中浸泡约20分钟，以稳定开路电位。

腐蚀电位E corr 和腐蚀电流密度i corr 采用塔

菲尔区外推法直接从log(i)–E 曲线上推出。

镁合金纳米镍涂层耐腐蚀酸浸泡试验在室

温条件下10 ％的盐酸溶液测试。如果涂

层有微孔，腐蚀液将会通过这些孔隙腐蚀

镁合金基体，由于镁极易反应，腐蚀液中

的H +将会与镁合金反应并变成氢气气泡。

因此，从滴入腐蚀液到产生气泡的时间间

隔可以用来表征镁合金表面涂层的耐腐蚀

性。作为比较，镍涂层的不同厚度也进行

了研究

第一氢气泡产生的涂层表面可以用来捐赠

的耐蚀性涂层的镁合金基体。作为比较，

镀镍涂层的不同厚度（10到25微米）也

进行了研究。

3.结果和讨论

图 2射线衍射图谱的电镀Ni 对AZ91D 镁合金镁合

金在不同的时间间隔，

（一）AZ91D 镁合金基板（二）镀基材为10分钟，（三）纳米电镀镍涂层。 图 3表面晶细形态， a ）纳米镍镀层；b ）化

学镀镍10分钟

3.1 显微组织和涂料的硬度 图2（a ）显示的是X 射线衍射的AZ91D

镁合金，这表明底面合金包括最初a （Mg ）

相被共晶相a 和b （ Mg17Al12 ）包围，

这可从X 射线衍射图谱图看到（b ），如

图3显示的是化学镀镍约15分钟，AZ91D

镁合金的表面完全覆盖镍镀层。在化学镀

层的磷含量非常低，这是因为根据镁合金

表面的沉积机制，镍首先沉积在镁合金表

面上。X 射线衍射分析结果可以根据图2（c ）求得：纳米镍的晶粒尺寸可以通过{ 200 }衍射峰对应数据求出，从图2可以看出纳米镍镀层的晶粒尺寸平均40nm ，此外，XRD 图像同时显示纳米镍镀层具有明显的{ 200 }生长方向。事实上，镍镀层明确的择优取向取决于沉积条件，即电解液组成，温度，pH 值，电流密度，搅拌和有机添加剂。 图

3（a ）显示的是典型的纳米镍镀层沉积表面的形态，可以看到纳米镍镀层的表面沉积非常致密均匀并非集群结构，完全不同于化学镀镍的“菜花状”表面形态，此外，纳米镍镀层表面展现出的是平整的镜面外观的外貌，它的晶粒尺寸不能用传统的扫描电镜观察。为了清楚地观察的明确的晶粒结构，在扫毛电镜观察前，纳米镍镀层的表面要经过抛光和稀硝酸盐/乙醇腐蚀。预处理后的纳米镍镀层的表面形态如图4，经过轻微的腐蚀，可以看到非常均匀规整的纳米镍镀层晶细结构。

图4 纳米镍镀层经抛光和稀硝酸乙醇腐蚀后的包面形貌