鎂鋰合金腐蝕特性及其表面涂層制備研究.pdf

1、鎂鋰合金作為目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，密度僅為1.35-1.65g/cm3，除了具有超輕質(zhì)特性外，鎂鋰合金還具有高比強(qiáng)度、高比剛度、電磁屏蔽性能好和導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此，鎂鋰合金被認(rèn)為是目前在航空航天、武器裝備、電子器材、交通裝備、體育用品器材等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景的先進(jìn)材料之一。然而，由于鎂鋰合金中主體元素鎂和鋰均是非?；顫姷脑兀沟么撕辖鸬幕钚暂^高，耐腐蝕性能較差，這已成為制約鎂鋰合金在相關(guān)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵難題之一。

2、r>　　 本論文在研究三種常見相組成鎂鋰合金的腐蝕特性的基礎(chǔ)上，分別采用熔鹽置換擴(kuò)散法和微弧氧化法在鎂鋰合金表面制備鋁金屬涂層和微弧氧化陶瓷膜，分別優(yōu)化了表面處理工藝，并對熔鹽置換擴(kuò)散法制備鋁金屬涂層的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析，研究微弧氧化表面處理過程中分別利用鋁酸鈉和鋁溶膠作為電解液添加劑對微弧氧化膜的影響。具體研究內(nèi)容和獲得的相關(guān)研究結(jié)果如下：
　　 對于三種具有典型組織的鎂鋰合金(LAZ532、LAZ832、LAZ143

3、2)分別進(jìn)行了顯微組織、耐腐蝕性能和高溫氧化行為等方面的對比研究。采用金相照片、XRD等對三種合金進(jìn)行顯微分析表明，LAZ532由α(Mg)和AlLi相組成，AlLi相呈層片狀并以網(wǎng)狀分布于α(Mg)基體晶界上，有少量分布于晶內(nèi)；LAZ832由α(Mg)、β(Li)和AlLi相組成，AlLi相呈顆粒狀分布于β(Li)相內(nèi)；LAZ1432由β(Li)和AlLi相組成，AlLi相呈塊狀分布于粗大的β(Li)相基體中；采用析氫測試、失重測試、

4、電化學(xué)極化曲線測試等方式對三種合金的腐蝕特性進(jìn)行表征表明，三種鎂鋰合金的耐腐蝕性能均較差，并且合金的抗腐蝕能力隨著鋰含量的增加而降低，即耐腐蝕能力的順序?yàn)椋篖AZ532>LAZ832>LAZ1432，三種合金的腐蝕電流密度基本各相差一個(gè)數(shù)量級；把三種鎂鋰合金在25-225℃條件下經(jīng)0-24小時(shí)高溫氧化，并對氧化后合金表面進(jìn)行顯微觀察、腐蝕失重測試和電化學(xué)測試，結(jié)果表明，LAZ1432合金氧化最嚴(yán)重，LAZ832其次，LAZ532合金氧化

5、程度最輕。在這些合金中存在的各種物相中，β(Li)相最易被氧化，AlLi相其次，α(Mg)相最不易被氧化。經(jīng)過高溫氧化后的三組合金試樣的耐腐蝕性能相比對應(yīng)裸樣具有一定的提升，但是隨著時(shí)間的推移，合金表面的氧化膜會(huì)被破壞，腐蝕速度會(huì)有所增加。LAZ1432表面氧化膜存在孔洞，其腐蝕速率明顯高于其它合金成分的腐蝕試樣。
　　 采用熔鹽置換擴(kuò)散法對LAZ532鎂鋰合金進(jìn)行表面合金化涂層制備，制備過程在等摩爾熔鹽體系(AlCl3：NaC

6、l=1:1)中進(jìn)行處理，溫度范圍300～400℃，處理時(shí)間2～8h。在合金表面獲得了富鋁的合金化層，厚度在10μm左右，合金化層與基體為冶金結(jié)合。合金化層主要以Mg17Al12(γ相)組成，還有少量的鎂、鋰、鋁之間的固溶體。經(jīng)過處理的合金的耐腐蝕性能均有一定程度的提高，其中350℃+8h處理?xiàng)l件下獲得的合金化涂層耐腐蝕能最好，自腐蝕電位提高0.2V，自腐蝕電流降低一個(gè)數(shù)量級，連續(xù)的γ相阻礙了合金基體的進(jìn)一步腐蝕。對涂層形成的熱力學(xué)和動(dòng)力

7、學(xué)進(jìn)行理論分析表明，合金化層的形成包括置換、擴(kuò)散、相變?nèi)齻€(gè)過程。
　　 為獲得鎂鋰合金表面陶瓷涂層，對LAZ832鎂鋰合金進(jìn)行了微弧氧化處理，優(yōu)化了硅酸鹽電解液體系中微弧氧化的工藝條件，并初步研究了向電解液中添加鋁酸鈉或鋁溶膠作為添加劑時(shí)對膜層的影響。研究表明，在硅酸鹽電解液體系中優(yōu)化的工藝條件為：九水硅酸鈉4g；氫氧化鈉5g；十水四硼酸鈉3g；蒸餾水1L；正向占空比：20％；電流大?。?.3A。在此工藝下制備的涂層使腐蝕電流密