促进剂对镁合金稀土化学转化膜结构及性能的影响(附件)【字数：14916】
摘 要摘 要镁及镁合金作为“21世纪绿色工程材料”广泛应用于医疗、航空、建筑等行业，但较差的耐蚀性制约其应用及发展，通常采用化学转化技术来提高镁合金耐腐蚀性能。本论文采用环保无污染的稀土化学转化技术，研究促进剂对镁合金稀土化学转化膜结构及性能的影响。以硝酸铈为主盐，过氧化氢和高锰酸钾为促进剂，在ZK60镁合金表面形成稀土化学转化膜，研究促进剂种类、促进剂浓度、反应时间、反应温度对稀土化学转化膜结构及性能的影响。随着促进剂浓度增加，基体表面快速生成转化膜，促进剂浓度过高则生成的膜层过厚；化学转化膜耐蚀性随反应时间、反应温度增加先快速增加后缓慢降低。采用扫描电镜观察其表面形貌，稀土化学转化膜膜层较均匀，膜层表面呈裂纹状覆盖在镁合金基体表面；采用EDS对镁合金稀土化学转化膜进行物相分析，以高锰酸钾为促进剂制得的转化膜表面铈含量最高；采用XRD对镁合金稀土化学转化膜进行物相分析。结果表明，最佳工艺参数为主盐Ce(NO3)3浓度15g/L，促进剂KMnO4浓度20g/L，反应时间为40min，反应温度为45℃。最佳条件下制得的化学转化膜点滴试验变色时间为50s。关键词ZK60镁合金；稀土化学转化；促进剂；耐蚀性
目 录
第一章 绪论 1
1.1 概述 1
1.1.1 镁金属 1
1.1.2 镁合金 2
1.2 镁合金的优越性 4
1.3 镁合金的未来展望 5
1.4 镁合金的腐蚀 5
1.4.1 合金元素和杂质对镁合金的腐蚀机理 6
1.4.2 大气腐蚀 6
1.4.3 应力开裂腐蚀 6
1.4.4 电偶腐蚀 7
1.4.5 点蚀腐蚀 7
1.4.6 丝状腐蚀 7
1.5 镁合金的防护 7
1.6 稀土化学转化膜成膜机理 9
1.7 课题研究的内容和意义 10
1.7.1 课题研究的内容 10
1.7.2 课题研究的意义 10
第二章 试验方法和过程 11
2.1 试验材料 11
2.2 试剂的选择 11
2.2.1 主盐 11
2.2.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
促进剂 11
2.3 试验设备 11
2.4 试验设计路线 12
2.5 膜层的制备 12
2.5.1 试样的制备 12
2.5.2 碱洗 12
2.5.3 酸洗、活化 13
2.5.4 化学转化膜的制备 13
2.6 测试方法 13
2.6.1 JSM6510LA扫描电镜 13
2.6.2 EDS能谱分析仪 14
2.6.3 Ulitima IV X射线衍射仪 14
2.6.4 膜层增重曲线 14
2.6.5 点滴试验 14
2.6.6 全浸泡腐蚀试验 15
第三章 试验结果分析 16
3.1 促进剂对稀土化学转化膜的影响 16
3.2 反应温度对稀土化学转化膜的影响 21
3.3 反应时间对稀土化学转化膜的影响 23
3.4 最佳工艺下稀土化学转化膜的结构及性能 26
3.4.1 稀土化学转化膜EDS成分分析 26
3.4.2 稀土化学转化膜XRD物相分析 29
结论 31
致谢 32
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 概述
1.1.1 镁金属
镁是一种宇宙含量第八、地壳含量第七且具有延展性的轻质银白色金属，丰富的含量以及良好的化学性能使其广泛应用于医疗、航空、建筑等各个行业。镁作为活泼金属，具有较强的还原性，可以轻而易举地和醇、水反应生成氢气（Mg+2H2O→Mg(OH)2+H2↑）。我国的镁储量居于世界第一，白云石矿资源总量为40亿吨，青海柴达木盆地的盐湖镁盐储量为47.5亿吨，其储存形式不仅十分利于开采而且氯化镁的纯度极高。除此之外，大海富含丰富的镁元素，被誉为“最大的镁矿”。工业上通常采用熔盐电解法电解熔融氯化镁，或采用硅热还原法在电炉中用硅铁还原制得金属镁。
熔盐电解法：
MgCl26H2O(s)==MgCl2(s)+6H2O(l) (11)
MgCl2(l)==Mg(s)+Cl2(g)↑ (12)
硅热还原法：
CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)↑ (13)
CaO(s) +H2O(l)== Ca(OH)2(s) (14)
Ca(OH)2(aq)+MgCl2(aq)==Mg(OH)2(s)↓+ CaCl2(aq) (15)
Mg(OH)2(s)+2HCl(l)+6H2O(l)== MgCl26H2O(s) +2H2O(l) (16)
MgCl26H2O(s)==MgCl2(s)+6H2O(l) (17)
MgCl2(l)==Mg(s)+Cl2(g)↑ (17)
镁及镁合金产业链如图11所示。
图11 镁及镁合金产业链图
1.1.2 镁合金
镁合金是以镁为基加入铝、锌、锰、铈等其它元素的合金，具有密度小，比强度高，比弹性模量大的优点。优良的抗冲击载荷性能和耐腐蚀性能，以及可回收性能佳等原因，使其广泛应用于航天、航空、建筑、运输等各个行业，同时也被人们誉为“21世纪最具有发展潜力的绿色工程材料”。
镁在元素周期表中属于IIA族碱土金属，其原子序数为12，相对原子量为24.3050，一般化合价为+2价，镁的晶体结构为密排六方结构[1]。镁合金与Ti、Zr等其他密排六方结构金属一样，独立滑移系少，孪生是镁合金重要的塑性变形方式[2]。镁合金滑移系少，因此具有室温成型能力差、硬度低、生产效率低等缺点。镁的密排六方结构如图12所示。
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图12 镁的密排六方结构
制备高性能镁合金的大塑性变形方法（SPD）近年来备受关注，其中包括等径角挤压（ECAE）、累积叠轧（ARB）、往复挤压（CEC）、多向锻造（MF）和大应变轧制（SR）等方法。多向锻造（MF）工艺由于操作简单、成本低廉并且可通过现有的生产装备制备大尺寸材料而得到了较快的发展，该工艺已成功应用于AZ21、AZ31、AZ61、AZ80、ZK21和ZK60等合金[3]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 概述 1
1.1.1 镁金属 1
1.1.2 镁合金 2
1.2 镁合金的优越性 4
1.3 镁合金的未来展望 5
1.4 镁合金的腐蚀 5
1.4.1 合金元素和杂质对镁合金的腐蚀机理 6
1.4.2 大气腐蚀 6
1.4.3 应力开裂腐蚀 6
1.4.4 电偶腐蚀 7
1.4.5 点蚀腐蚀 7
1.4.6 丝状腐蚀 7
1.5 镁合金的防护 7
1.6 稀土化学转化膜成膜机理 9
1.7 课题研究的内容和意义 10
1.7.1 课题研究的内容 10
1.7.2 课题研究的意义 10
第二章 试验方法和过程 11
2.1 试验材料 11
2.2 试剂的选择 11
2.2.1 主盐 11
2.2.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
促进剂 11
2.3 试验设备 11
2.4 试验设计路线 12
2.5 膜层的制备 12
2.5.1 试样的制备 12
2.5.2 碱洗 12
2.5.3 酸洗、活化 13
2.5.4 化学转化膜的制备 13
2.6 测试方法 13
2.6.1 JSM6510LA扫描电镜 13
2.6.2 EDS能谱分析仪 14
2.6.3 Ulitima IV X射线衍射仪 14
2.6.4 膜层增重曲线 14
2.6.5 点滴试验 14
2.6.6 全浸泡腐蚀试验 15
第三章 试验结果分析 16
3.1 促进剂对稀土化学转化膜的影响 16
3.2 反应温度对稀土化学转化膜的影响 21
3.3 反应时间对稀土化学转化膜的影响 23
3.4 最佳工艺下稀土化学转化膜的结构及性能 26
3.4.1 稀土化学转化膜EDS成分分析 26
3.4.2 稀土化学转化膜XRD物相分析 29
结论 31
致谢 32
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 概述
1.1.1 镁金属
镁是一种宇宙含量第八、地壳含量第七且具有延展性的轻质银白色金属，丰富的含量以及良好的化学性能使其广泛应用于医疗、航空、建筑等各个行业。镁作为活泼金属，具有较强的还原性，可以轻而易举地和醇、水反应生成氢气（Mg+2H2O→Mg(OH)2+H2↑）。我国的镁储量居于世界第一，白云石矿资源总量为40亿吨，青海柴达木盆地的盐湖镁盐储量为47.5亿吨，其储存形式不仅十分利于开采而且氯化镁的纯度极高。除此之外，大海富含丰富的镁元素，被誉为“最大的镁矿”。工业上通常采用熔盐电解法电解熔融氯化镁，或采用硅热还原法在电炉中用硅铁还原制得金属镁。
熔盐电解法：
MgCl26H2O(s)==MgCl2(s)+6H2O(l) (11)
MgCl2(l)==Mg(s)+Cl2(g)↑ (12)
硅热还原法：
CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)↑ (13)
CaO(s) +H2O(l)== Ca(OH)2(s) (14)
Ca(OH)2(aq)+MgCl2(aq)==Mg(OH)2(s)↓+ CaCl2(aq) (15)
Mg(OH)2(s)+2HCl(l)+6H2O(l)== MgCl26H2O(s) +2H2O(l) (16)
MgCl26H2O(s)==MgCl2(s)+6H2O(l) (17)
MgCl2(l)==Mg(s)+Cl2(g)↑ (17)
镁及镁合金产业链如图11所示。
图11 镁及镁合金产业链图
1.1.2 镁合金
镁合金是以镁为基加入铝、锌、锰、铈等其它元素的合金，具有密度小，比强度高，比弹性模量大的优点。优良的抗冲击载荷性能和耐腐蚀性能，以及可回收性能佳等原因，使其广泛应用于航天、航空、建筑、运输等各个行业，同时也被人们誉为“21世纪最具有发展潜力的绿色工程材料”。
镁在元素周期表中属于IIA族碱土金属，其原子序数为12，相对原子量为24.3050，一般化合价为+2价，镁的晶体结构为密排六方结构[1]。镁合金与Ti、Zr等其他密排六方结构金属一样，独立滑移系少，孪生是镁合金重要的塑性变形方式[2]。镁合金滑移系少，因此具有室温成型能力差、硬度低、生产效率低等缺点。镁的密排六方结构如图12所示。
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图12 镁的密排六方结构
制备高性能镁合金的大塑性变形方法（SPD）近年来备受关注，其中包括等径角挤压（ECAE）、累积叠轧（ARB）、往复挤压（CEC）、多向锻造（MF）和大应变轧制（SR）等方法。多向锻造（MF）工艺由于操作简单、成本低廉并且可通过现有的生产装备制备大尺寸材料而得到了较快的发展，该工艺已成功应用于AZ21、AZ31、AZ61、AZ80、ZK21和ZK60等合金[3]。
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