本文選題：鎂合金 + 鈰鹽��； 參考：《西安建筑科技大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：由于資源豐富及具有輕量化、比強度高、鑄造性好等優(yōu)點,鎂合金已成為汽車、航空航天、國防以及高科技產(chǎn)品首選使用材料。但鎂合金耐蝕性差制約了其廣泛的使用。國內(nèi)外針對鎂合金表面防腐處理進(jìn)行了大量的研究,其中化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)因工藝能耗低、成本低廉、操作過程簡便等優(yōu)點,而受到越來越多的重視。傳統(tǒng)化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝使用的鉻酸鹽由于其高毒性,高致癌性而被限制應(yīng)用。因此,開發(fā)合適的替代轉(zhuǎn)化處理工藝已十分迫切。為此,本文以AZ31鎂合金為對象,以制備新型無鉻鈰釩化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、揭示其成膜機理和防護(hù)機制為目標(biāo),展開研究。主要研究內(nèi)容及相關(guān)結(jié)論如下:(1)結(jié)合鈰鹽和釩酸鹽轉(zhuǎn)化膜對鎂合金的防護(hù)特點,提出鎂合金上制備新型無鉻鈰釩化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的表面處理技術(shù)。通過正交實驗及單因素實驗優(yōu)化確定的制備工藝條件為:Ce(NO3)3濃度為9.21 mM,NaVO3濃度為19.7 mM,pH=2.5,成膜溫度為50℃,成膜時間為20 min。最佳工藝制備的轉(zhuǎn)化膜為金黃色,微觀形貌為大量球形顆粒堆積組成,并且表面均勻分布網(wǎng)狀微裂紋。其膜層結(jié)構(gòu)為無定形,膜厚為1.98μm左右,有內(nèi)外兩層,內(nèi)層主要由Mg、Al、V、F和O組成,外層主要由Mg、V、Ce和O組成。(2)考察了成膜因素對轉(zhuǎn)化膜的微觀形貌與成分及膜層耐蝕能力的影響,并采用電化學(xué)測試技術(shù)監(jiān)測成膜過程電化學(xué)信息的變化,提出了鈰釩轉(zhuǎn)化膜的形成機理。結(jié)果表明:鈰鹽與釩酸鹽協(xié)同轉(zhuǎn)化成膜,其過程分為三個階段:MgF2-MgO膜及基體的溶解階段、內(nèi)層釩酸鹽轉(zhuǎn)化膜形成階段、CeVO4顆�？焖俪练e階段。各成膜因素通過對這三個階段中發(fā)生的固液界面化學(xué)反應(yīng)的影響而影響形成膜的形貌及成分,進(jìn)而影響膜層的耐蝕能力。(3)通過中性鹽霧實驗、NaCl溶液浸泡實驗、劃痕實驗以及模擬劃痕實驗對鈰釩轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性及自愈合性進(jìn)行評價。借助各種表征手段以及電化學(xué)測試技術(shù)研究了轉(zhuǎn)化膜在NaCl溶液浸泡過程中的腐蝕與自修復(fù)行為,提出了其自愈合機理。實驗結(jié)果表明:鈰釩轉(zhuǎn)化膜的耐中性鹽霧時間至少為96 h,并且轉(zhuǎn)化膜使鎂合金的自腐蝕電位提高157 mV左右,腐蝕電流密度降低2個數(shù)量級,容抗弧擴大了30倍左右。在7天NaCl溶液浸泡過程中,不僅完整膜層對鎂合金表現(xiàn)出良好的防護(hù)效果,而且?guī)澓鄣哪油瑯游闯霈F(xiàn)腐蝕,表現(xiàn)出自修復(fù)現(xiàn)象。膜層的這種特性主要由膜層中V的遷移轉(zhuǎn)化提供,其能夠在暴露的鎂合金表面形成主要含V、Mg的氧化/氫氧化物的鈍化膜。(4)為了進(jìn)一步增強鈰釩轉(zhuǎn)化膜的防護(hù)性能,采用硬脂酸對鈰釩轉(zhuǎn)化膜進(jìn)行改性處理,并對改性后的膜層進(jìn)行表征。通過正交實驗優(yōu)化確定的改性工藝條件為:硬脂酸濃度為10 g/L,反應(yīng)溫度為25℃,反應(yīng)時間8 h�？疾炝朔磻�(yīng)時間對改性膜層微觀形貌、表面接觸角與耐蝕性的影響。通過中性鹽霧實驗與電化學(xué)測試技術(shù)對其耐蝕性進(jìn)行評價。并對硬脂酸改性鈰釩轉(zhuǎn)化膜在NaCl溶液浸泡過程中的腐蝕行為進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明:反應(yīng)時間對改性膜層的耐蝕性影響最大,表現(xiàn)為反應(yīng)時間越長,耐蝕性越好。改性處理后,形貌由球狀顆粒堆積轉(zhuǎn)變?yōu)椴嘶?同時,原有膜層的裂紋被修補。CH3(CH2)16COO-通過化學(xué)鍵合作用成功接枝到鈰釩轉(zhuǎn)化膜上,使膜層由親水性轉(zhuǎn)變?yōu)槌杷?接觸角達(dá)到154.6°。膜層耐鹽霧時間提升至22天。與改性前相比,膜層的自腐蝕電位正移149 mV,腐蝕電流密度降低了2個數(shù)量級,膜層電阻至少提高了28倍。硬脂酸改性對轉(zhuǎn)化膜在3.5 wt.%NaCl溶液中長期浸泡的防護(hù)能力也有明顯的增加作用,并且,硬脂酸改性作用對膜層的自愈合能力沒有影響。研究結(jié)論證明:鈰釩轉(zhuǎn)化膜可以顯著提高鎂合金的耐蝕性,在腐蝕環(huán)境中為鎂合金提供良好防護(hù)。同時可以與其他有機物質(zhì)作用增強膜層的屏蔽作用,進(jìn)一步提升膜層的耐蝕性。這對鎂合金及其他金屬表面防護(hù)設(shè)計具有現(xiàn)實的理論指導(dǎo)意義,同時也有一定的實際應(yīng)用前景和價值。
[Abstract]:Magnesium alloy has become the first choice material for automobile , aerospace , national defense and high - tech products because of its rich resource and light weight , high specific strength and good casting property . The results are as follows : ( 1 ) The preparation process is characterized by low energy consumption , low cost , simple operation and so on . The main research contents and relevant conclusions are as follows : ( 1 ) The structure of the membrane layer is amorphous , the film thickness is about 1.98渭m , and the inner layer is composed of Mg , Al , V , F and O . The outer layer is mainly composed of Mg , V , Ce and O . ( 2 ) The influence of film forming factors on the microstructure and composition of the conversion film and the corrosion resistance of the film layer were investigated . The mechanism of formation of cerium - vanadium conversion film was studied by means of various characterization methods and electrochemical test . ( 4 ) In order to further enhance the protective performance of the cerium - vanadium conversion film , the modification of the cerium - vanadium conversion film was carried out by stearic acid and the modified membrane layer was characterized .

【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG178

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本文編號：1790324