镁合金化学转化膜的研究进展

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AZ91D镁合金无铬化学转化膜的性能

DOI: 10.19289/j.1004-227x.2020.23.008 AZ91D镁合金无铬化学转化膜的性能王向荣（上海市普陀区绥德路789号，上海200331）摘要：采用由钛盐、无机酸和有机酸组成的溶液，在AZ91D镁合金表面制备了无铬化学转化膜。

用附带能谱仪的扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪研究了转化膜的形貌和成分，通过极化曲线和盐雾试验评定转化膜的耐蚀性，采用划格试验检测转化膜的结合力，考察了不同pH的化学转化溶液在0 °C和40 °C条件下的稳定性。

结果表明，所得到的灰白色化学转化膜主要成分为铝、镁和钛，其耐蚀性和结合力良好，最佳的pH范围是5.5 ~ 6.5。

关键词：铸造镁合金；无铬化学转化膜；耐蚀性；结合力中图分类号：TG178 文献标志码：A 文章编号：1004 – 227X (2020) 23 – 1643 – 05 Properties of chromium-free conversion coating on AZ91D magnesium alloy // WANG XiangrongAbstract: A chromium-free chemical conversion coating was prepared on the surface of AZ91D magnesium alloy in a solution composed of titanium salt, inorganic acid, and organic acid. The morphology and composition of the conversion coating were studied by scanning electron microscope (SEM) with energy-dispersive spectrometer (EDS) and X-ray photoelectron microscope. The corrosion resistance of the conversion coating was evaluated by polarization curve measurement and salt spray tests. The adhesion strength of the conversion coating was examined by cross-cut test. The stability of the chemical conversion solution with different pHs at 0 °C and 40 °C was investigated. The results showed that the main elements of the gray-white chemical conversion coating are Al, Mg, and Ti. The corrosion resistance and adhesion strength of the coating are good. The optimal pH range of the chemical conversion solution is 5.5 to 6.5.Keywords: die-cast magnesium alloy; chromium-free chemical conversion coating; corrosion resistance; adhesion Author’s address: No.789 Suide Road, Putuo District, Shanghai 200331, China由于镁在地球上的含量丰富，而且镁在工程金属中最显著的特点是质量轻，还具有比强度高、比刚度高、减震性能好、抗辐射能力强等一系列优点，因此开发利用镁合金产品是当今世界发展的潮流。

镁合金化学转化膜成膜机理及其载波改性的研究的开题报告

镁合金化学转化膜成膜机理及其载波改性的研究的开题报告一、选题背景和意义随着现代工业技术的发展，轻量化、高强度、耐腐蚀等性能需求日益突出，镁合金作为新型轻质材料在航空、汽车、船舶、电子等领域有着广泛的应用前景。

但是，由于镁合金表面活泼，易氧化，加之镁合金特有的晶格结构和物理化学性质，导致在镁合金的加工、表面涂装等过程中，常常会出现膜层附着不牢固、生产效率低下、耐腐蚀性差等问题。

针对镁合金表面化学转化膜的形成机理及其性能改善问题，国内外研究者已经展开了广泛的研究。

目前已经发现了阴离子转化、阳离子转化、微电弧氧化等多种化学转化方法，并且取得了一定的进展。

然而，现有的化学转化方法存在着成膜速度慢、成膜温度高、成膜均匀性差等问题，限制了这些技术的实际应用效果。

因此，本文选取镁合金的化学转化膜成膜机理及其载波改性作为研究对象，旨在探究化学转化膜成膜机理及其存在的问题，进一步寻找优化方案，提高成膜速度、降低成膜温度、提高成膜均匀性，以提高材料的实用价值。

二、研究内容和方法研究内容：基于镁合金表面化学转化膜的成膜机理及其存在问题，对化学转化膜的成膜速度、成膜温度、成膜均匀性等进行研究，并探究表面载波对成膜性能的影响。

研究方法：1.采用SEM、AFM等表征技术对样品表面形貌、成分等进行分析。

2.采用电化学测试技术对样品表面性能进行评估。

3.采用复合载波技术及其他改良方案提高化学转化膜的成膜速度、降低成膜温度、提高成膜均匀性。

三、预期研究结果1.在化学转化膜成膜机理方面，进一步探究和发现镁合金表面化学转化膜的形成机理，揭示成膜过程中表面活性位点和离子交换机制的作用。

2.在化学转化膜改性方面，通过载波改性及其他改良方法，提高化学转化膜的成膜速度、降低成膜温度、提高成膜均匀性等性能，改善镁合金在工业应用中的使用效果。

3.本研究的成果将为解决目前化学转化膜技术在工业应用中存在的问题提供新思路和方案，具有一定的理论与实用价值。

AZ系镁合金耐蚀性研究进展

ＳＯＮＧＸｉａｏｊｉｅ，ＬＩＱｕａｎ ’ ａｎ，ＬＩＵＷｅｎｊｉａｎ，ＣＨＥＮＺｈｉ
（ｃｈｓｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１０２３）
镁合金腐蚀与防护研究未来的发展方向。中图分类号：ＴＧ１７
ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＣｏｒｒｏｓｉｏｎＲｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＡＺＳｅｒｉｅｓＭａｇｎｅｓｉｕｍＡｌｌｏｙｓ
０引言
在全球气候变化深刻影响着人类生存和发展的背景下，
节能、环保是当前发展低碳经济必须考虑的因素，也是关系到人类可持续发展的重大问题。汽车作为主要的能耗主体
其腐蚀性【６］。因此研究者在ＡＺ系镁合金中添加不同的合金元素，在不同的腐蚀环境中展开了大范围的研究。
ｃｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．ＫｅｙｗｏｒｄｓｓｉｏｎｆｉｌｍＡＺｓｅｒｉｅｓｍａｇｎｅｓｉｍｕａｌｌｏｙ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｌｌｏｙｅｌｅｍｅｎｔ，ｐｒｏｃｅｓｓｍｅｔｈｏｄ，ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｖｅｒ —

AZ31镁合金表面锡酸盐化学转化膜的研究

５～５６～０８～５０５ ℃、５７ ℃、０８ ℃，转化时间为５ｒｉ、５ｉ０ｎ３ｍｎａ
、
性能好等优点，在汽车、机械、空航天领域以及便携航式电子仪表、计算机等领域得到日益广泛的应用。但镁自身的标准电极电位只有一．７［化学、２３Ｖ１，电化学活性高，耐蚀性很差，为制约其发挥眭能优势的一个主要成
的涂装保护提供良好基底。
１试验条件及方法
试验所用材料为经轧制的Ａ３形镁合金，Ｚ１变试
样尺寸为１ｍｌｍｍｘ００ｍｘ０ｌｍｍ，选用Ｎ２ｎ３３２ａＯ・ＨＯ、Ｓ
ＮａＰ０、ＯＨ、Ｈ３ＯＯＮａＮａＰ４・２Ｏ、Ｐ４ＨＦ４２７ＮａＣＣ、３Ｏ１Ｈ２Ｈ３Ｏ、、
。
ＢＭ。１）（ｇ７相是Ｍｇ与Ａ组成的化合物相，Ａ３Ａ：ｌ在Ｚ１
镁合金组织中，相电位最负，（ｇ相电位最大，仅１３ｏＭ）ｔ（＋Ｂ电位介于二者之问，）三者的电位不同，存在电位差，
收稿１：００１— ３３期２１ — ０１
文章编号：００１１２１— ５
图１轧制态Ａ３合金显微组织Ｚ１
由图１可见，Ｚ１合金组织主要由ｏＭｇ相、Ａ３镁ｔ）（（＋）晶体和少量的点状１ＭｇＡ。相组成。由于ａ１共３３１）（，组成不同，ｒＭｇ相是以Ｍｇ为基溶有Ａ的固溶体【Ｏ（）．ｌ３一

镁合金稀土转化膜研究进展

面形成一层转化膜，这层膜不仅本身具有较好的耐蚀性
钢口
等多种金属材料所表现出的优良的防护效果，
已经引起从事镁合金表面处理的研究者们的重视。自从２０００年Ｒｕｄ等［ｄ２首先报道了对纯镁和ＷＥ３镁４合金进行稀土盐化学转化处理的结果，年来人们陆近续开展了镁合金稀土转化膜方面的研究。本工作从成
镁及其合金具有密度小、比强度高、工焊接和阻加尼性能好以及尺寸稳定、格低廉、回收利用等优价可点，机械制造、车制造、空航天、子、在汽航电军事、通讯、学仪器和计算机等领域具有广阔的应用前景。光但镁及其合金的耐蚀性能很差，潮湿大气或酸性、在中性、弱碱性溶液中都容易发生腐蚀，在很大程度上阻这碍了镁合金发挥其性能优势。因此，行适当的表面进处理以增强镁及其合金的耐蚀性能对于拓展和加快镁合金的应用具有重要意义。化学转化膜技术是镁合金表面防腐蚀处理的有效方法［。镁合金基体与转化处理溶液相接触，１］在基体表
摘要：合金稀土转化膜技术是近年来发展起来的一种环保型镁合金表面处理新技术。本工作从成膜工艺及耐蚀性能镁
评价，的组成、构及形貌，的形成及其机制，的耐蚀机理研究四个方面综述了国内外在镁合金稀土转化膜研究中膜结膜膜

镁合金黑色化学转化膜工艺研究

３８
ＭｎＯ４・Ｈ２，／Ｓ５０ｇＬ
４０７ —＿５ｌ —－０Ｏ３
涂装
与
电镀
表３正交试验结果
酴
２１年第２期０１

添加剂，／ｇＬ温度， ℃
时间，ｎｍｉ２３检测方法．
因素Ａ
１１１２２２３３３
２１年４月０１
涂
装
与
电镀
３７
镁合金黑色化学转化膜工艺研究
薛寿昌
（南中光学集团利达模具公司，河河南南阳，７０２４３８）
摘
要通过正交试验，优化得出镁合金黑色化学转化膜最佳工艺配方参数。分析了各成分对镁舍金黑色化学转
镁合金；色转化膜；黑正交试验
面改性处理，主要有阳极氧化、微弧氧化、化学镀、化学转化膜、有机涂层等。其中化学转化处理以其
为Ｍ１（Ｋ１１）Ｂ５Ｚ６Ｈ８。各合金元素的质量分数见
表１。
裹１合金元素的质量分数
合金元素质量分数，％合金元素质量分数，％
公司生产）。
２２工艺流程．
Ｚｒ
Ｃｕ
００．５
其它
０３．０
理。通过一段时间的试生产，镁合金黑色化学转化
膜处理存在的主要问题有：（）１膜层外观、着强度差。用脱脂棉可轻松附
擦去膜层；
上挂一脱脂一水洗一酸洗一水洗一化学转化膜一水洗一填充一热水洗一热风干燥一下挂一

镁合金无铬化学转化膜的研究进展

适于工业应用的镁合金表面处理技术主要包括
强度及比刚度高，尼性好，热性优良，阻导而且易于
回收利用，在汽车、电子、空航天领域有广阔的应航用前景Ｊ。镁合金能够满足家用电器、信电子器通
阳极氧化、电镀、学镀、学转化膜处理等。化学化化
ｓｓａｃｉｔｎ
一
引言
镁合金是工业应用的最轻的金属结构材料，比
２３Ｖ，．６当与其它金属接触时，发生电偶腐蚀引易
起镁的加速溶解，这些都极大地限制了镁合金的应
用』。为了扩大镁合金在工业上的应用范围，在使用前必须进行表面防腐蚀处理。
种特定溶液相接触，发生化学反应，在金属表面形成
一
化膜，层自然氧化膜不能有效地保护金属这
层附着力良好的难溶化合物层，而保护基体从
基体。的标准电极电位很负，。 Ⅷ ＝镁
ＣｏｔｎｓｏａｎｓｕｌｙａｉｇｎＭｇｅｉｍＡｌｓｏ
ＺＡｉｎ，ＨＯｎｑｕＷｕＳｉｅ，ＬａｗｉＹｈｎＦａｕＨ０ＱａｇＺＵＷａ—ｉ，ｈ— ｉＩｗＨｕ—ｅ，ＵＺａ，ＵＹ－ｎｊ
Ｖｏ．２Ｎｏ８Ｓｒａ１３．ｅｉｌＮｏ．０９２
文章编号：０１３４（０００－０００１０ —８９２１）８０３ —４

镁合金表面化学转化膜研究进展

镁合金表面化学转化膜研究进展摘要：总结镁合金表面化学转化膜的研究现状，介绍铬酸盐转化膜、锡酸盐转化膜、磷酸盐/高锰酸盐转化膜、稀土转化膜、植酸转化膜和钥酸转化膜的处理工艺，讨论磷酸盐/高锰酸盐转化膜的成膜机理，分析各种化学转化膜的优缺点，展望今后镁合金表面化学转化膜的发展方向。

关键词：镁合金；化学转化膜；腐蚀防护；磷酸盐0引言镁合金具有密度小、比能量大、强度高和电磁屏蔽性能好等优点，广泛用于汽车、航天电子通信和工程结构材料等领域[1]。

但纯镁的标准电极电位非常负(-2.37 V，vs SHE)，其腐蚀电位因介质而异，一般在-1.65～+0.5V之间[2]。

大部分镁合金性质活泼，容易在各种使用环境中被腐蚀，极大地限制了镁合金的开发与应用。

适当的表面处理能够极大地改变镁合金的耐腐蚀性能，扩大镁合金的使用范围[3]。

镁合金的表面处理方法很多，如电镀或者化学镀、金属涂层、阳极氧化、化学转化膜处理、激光处理和离子注入等[4-6]。

镁性质活泼，MgO会在合金表面迅速形成，阻碍沉积金属与基底形成金属键；基底的空隙和夹杂会成为镀层空隙的来源，使得金属涂层质量欠佳：镁在普通镀液中与其他金属离子的置换反应十分强烈，导致置换层松散无力[3]。

激光处理和离子注入等制备的涂层耐蚀性能优越，但生产设备昂贵，成本过高，工件形状尺寸受到限制[2]。

阳极氧化或微弧氧化膜具有很高的硬度和良好的耐蚀性，但设备占地大，投资较大，能耗高，膜层空隙率高，难以大规模推广应用。

化学转化膜法也称为化学氧化法，是使金属工件表面与处理液发生化学反应，生成一层保护性钝化层，化学氧化法生成的氧化膜比自然形成的保护膜有更好的保护效果，是提高镁合金防蚀性能最常用、最有效的方法。

与阳极氧化处理工艺相比，化学转化膜比较薄(0.5~3.0rtm)，可用于保护涂料的基底，尤其适用于在特定环境下的防护，比如运输或储存过程中镁的防护和镁合金机械加工件表面的长期防护；而且化学转化膜工艺设备简单，投资少，处理成本低，并能够显著提高镁合金的腐蚀抗力，在镁合金表面处理中占较大比例[5-6]。

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２０１３年５月
电镀与精饰
第３５卷第５期（总２４２期）
・１５・
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ — ３８４９．２０１３．０５．００５
镁合金化学转化膜的研究进展
ＺＨＯＵＹｏｕ，ＹＡＯＹｉｎｇ — ＷＵ，ＷＵＪｉａｎ — ｚｈａｘｉ，ＬＩＵＷｅｉ — ｘｉｎｇ。
（１．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｕｒｆａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇａｎｄＴｅｃｈ．ｎｏｌｏｇｙ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１３０，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，ＴｉｂｅｔＵｎｉｖｅｒｓｉ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｖｉｅｗｅｄｔｈｅｓｔａｔｕｓｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｃｏａｔｉｎｇｓｏｎｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｓａｔｈｏｍｅ
周游，姚颖悟，吴坚扎西，刘伟星
（１．河北工业大学化工学院电化学表面技术研究室，天津３００１３０；２．西藏大学理学院，西藏
拉萨
８５００００；３．机械工业第三设计研究院，重庆
ｔｙ，Ｌｈａｓａ８５００００，Ｃｈｉｎａ；３．ＴｈｉｒｄＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ
，
ＭＩＣｈｉｎａ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３９，Ｃｈｉｎａ）
４０００３９）
摘要：综述了国内外镁舍金化学转化膜处理工艺的现状，介绍了铬酸盐、磷酸盐、锡酸盐、钼酸盐、稀土金属盐和植酸盐化学转化膜的研究进展。对以上各种转化膜性能进行了评价，并对比了各种方
ａｎｄａｂｒｏａｄ．Ｔｈｅｒｅｓｅｒｃａｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｃｏａｔｉｎｇｓｓｕｃｈａｓｃｈｒｏｍａｔｅ，ｐｈｏｓ —
ｐｈａｔｅ，ｓｔａｎｎａｔｅ，ｍｏｌｙｂｄａｔｅ，ｒａｒｅｅａｒｔｈｓａｌｔａｎｄｐｈｙｔｉｃａｃｉｄｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｐｅｆｏｒｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｄｉｆ－ｆｅｒｅｎｔｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｃｏａｔｉｎｇｓａｂｏｖｅｗｅｒｅｅｖａｌｕａｔｅｄａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｖａｉｏｒｕｓｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｌｓａｏｃｏｎｔｒａｓｔｅｄ．Ｆｉｎｌｌａｙｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｈｅｍｉｃｌａｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｃｏａｔｉｎｇｓｏｎｍａｇｎｅｓｉｕｍｌｌａｏｙｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙ；ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｉｆｌｍ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎ舍金表面化学转化膜技术未来的发展方向。
关键词：镁合金；化学转化膜；环保；耐蚀性中图分类号：ＴＧ１７４．４５１文献标识码：Ａ
ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＣｏａｔｉｎｇｓｏｎＭａｇｎｅｓｉｕｍＡｌｌｏｙｓ