镁合金磷化处理继仿生生长羟基磷灰石结构与性能研究

作     者：武练梅 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙明仁

授予年度：2008年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：镁合金 磷化处理 耐蚀性能 羟基磷灰石结构 

摘      要：本文采用锰系磷化液体系,在AZ31镁合金表面成功制备了磷化膜,继之采用仿生合成法制得镁合金锰系磷化膜/羟基磷灰石复合涂层。系统地研究了磷化时间、磷化温度、磷化液pH值、添加剂以及与预处理工艺对镁合金表面磷化膜成分、结构及耐蚀性能的影响,以及在不同仿生溶液中所得的羟基磷灰石层的成分与结构。 研究表明,通过在磷化基础液中添加缓蚀剂NaClO及促进剂Ca(NO),控制磷化膜晶核的初始沉积位置并提高成核率。在主要成分是HPO、MnHPO、NaClO的磷化液中得到了致密无裂纹的锰系磷化膜,这种磷化膜提高了镁合金耐蚀性。磷化膜主要由Mn(PO)和MnPO组成。 通过XRD、XPS、SEM和EDAX技术对镁合金磷化膜的生长过程进行了研究。发现磷酸酸洗预处理后,AZ31镁合金中的β相突出表面,成为磷化处理初始阶段晶体形核的有利位置,随磷化处理时间的延长,晶核数量增加并长大至覆盖整个样品表面。在磷化膜初始沉积阶段,Mn、P、O三元素均以两种化学状态存在,分别对应于Mn(PO)和MnPO。磷化膜与基体结合紧密,随时间延长,磷化膜晶体的逐步长大,先后呈现类花状晶体、球状晶体和棒状晶体。腐蚀实验表明,在生理盐水环境中,磷化膜腐蚀电位比镁合金基体提高了约130mV。 随着磷化处理温度的升高,晶体生长速度加快,易出现疏松层,耐腐蚀性随之变差。磷化液pH值在3.0时得到了高质量的磷化膜,pH值在2.4时,镁合金溶解速度大于成膜速度,成膜不完整,磷化膜难于形成。当pH值高于3.0时,镁合金表面溶解反应过慢,无法启动电化学沉积反应,磷化膜亦难于形成。 采用仿生合成法,在AZ31镁合金锰系磷化膜表面制备了磷化膜/羟基磷灰石复合涂层。通过XPS、XRD、SEM、FITR等分析方法研究了复合涂层的成分与结构,结果表明,表面形成的碳酸化羟基磷灰石层,是以非晶态形式存在,表面具有高的Ca/P原子比,其最高值可达1.58。在生理盐水环境中,复合涂层的腐蚀电位与磷化膜相当。