镁合金前处理工艺对其表面的影响(附件)【字数：10634】
摘 要摘 要镁合金性能优良，在各行各业中得到广泛应用。但因其化学性质非常活泼，极易在空气中生成疏松多孔的氧化膜，使其在应用过程中易腐蚀，尤其在潮湿空气、海水、各种有机酸及其盐、无机酸等环境中其耐蚀性很差。目前，在镁合金表面改性方面采用的方法主要是表面涂层技术，以保护镁合金基体不与外部环境接触。本文主要研究酸洗、活化等前处理工艺对镁合金表面的影响，确定酸洗活化的配方液组成，通过改变配方液中各组分的浓度，依据观察前处理工艺过后镁合金的表面形貌，判断该实验中处理液的最优配比。通过采用蔡司显微镜、X射线衍射等对样品进行了形貌分析和物相结构分析。结果表明当磷酸100ml/L、硝酸60ml/L、氟离子3g/L时，酸洗液效果最好；当氢氟酸300ml/L、磷酸二氢钾20g/L时活化液效果最好。关键词镁合金；前处理工艺；表面涂层
目 录
第一章 绪论 1
1.1 镁及镁合金的简介与应用 1
1.2 镁及镁合金的研究现状 1
1.2.1 镁及镁合金的腐蚀种类 1
1.2.2 镁合金表面处理方法 2
1.3镁及镁合金化学镀镍前处理研究现状 4
1.3.1磷酸盐系列 5
1.3.2锡酸盐系列 5
1.3.3稀土盐系列 5
1.4镁合金化学镀镍镀液研究 6
1.5本课题的选择意义和主要内容 6
第二章 镁合金前处理工艺研究 7
2.1 实验材料与仪器 7
2.1.1 实验材料 7
2.1.2 实验药品 7
2.1.3 实验仪器 7
2.2 实验步骤 8
2.2.1 镁合金表面打磨 8
2.2.2 超声波碱洗 8
2.2.3 酸洗 9
2.2.4 活化 10
2.2.5 化学镀镍 10
2.3 表征性能分析 11
2.3.1 外观 11
2.3.2 表面相组成及物相分析 11
2.3.3 检测耐蚀度 11
第三章 镁合金前处理及镀镍结果分析 12
3.1酸洗处理液配方浓度研究 12 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3.1.1 磷酸浓度改变对镁合金基体表面的影响 12
3.1.2 硝酸浓度改变对镁合金基体表面的影响 13
3.1.3 氟离子浓度改变对镁合金基体表面的影响 14
3.2 活化处理液配方浓度研究 15
3.2.1 氟化氢浓度改变对镁合金基体表面的影响 15
3.2.2 磷酸二氢钾浓度改变对镁合金基体表面的影响 16
3.3 化学镀镍研究 18
3.4各工艺流程后XRD射线衍射仪分析 18
3.5 耐蚀性能研究 21
结 论 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1 镁及镁合金的简介与应用
镁的原子量和原子序数分别为24.305和12，这让它成为了最轻的结构金属[1]。早在1808年的时候，英国化学家戴维就通过电化学实验制取了镁金属，在1828年法国科学家比西用氧化还原的方法在无水氯化镁中制取了金属镁。镁及镁化合物储量十分丰富，容易提取的镁金属大部分都在地表水溶液和固体沉积物中，但绝大部分金属镁是储存在海洋里，海洋储存镁的供应量可以说能供人类永久使用，但提取率和提取方法还存在缺陷，有待提高。在生物体内也包含镁，人体代谢系统中存在诸多以镁为催化剂的代谢消化[2]。 镁及镁合金作为轻金属这一系列材料中作用突出的金属材料，有许多优点，比强度和比刚度高；导热性、导电性优良；具有无磁性与电磁屏蔽特性；良好的阻尼性、切割加工性能、挤压成型性能、焊接性能和激光切割性能；优良的铸造性能，减振性能和相当强的衰减性能；对环境无任何不良影响等。因此，镁合金是一种非常理想的现代工业结构材料，早期被广泛地应用于航空航天工业，目前在交通、光学仪器、电子工业、电讯、音响材料等领域也有了极大的发展，近年来以20%的速度增长。
1.2 镁及镁合金的研究现状
镁及合金的化学性质不稳定，暴露在空气中很容易与某些气体发生反应从而在其表面生成一层致密的氧化物薄膜，但形成的这层氧化膜疏松多孔，对基体金属起不到任何的保护作用，所以这层膜需要去除；而且镁在通常使用的金属材料中的标准电极电位是最低的，只有2.34eV，所以镁合金极易与其他金属发生电偶腐蚀使得基体损坏[3]。镁及镁合金这种很差的耐蚀性能使我们对镁合金的广泛应用遭受了巨大阻碍，如何提高镁的耐蚀性能已经成为科学家对镁研究的重要课题。通过科学家的不懈努力，多种针对镁及镁合金的防腐蚀技术和表面处理工艺逐渐被人们开发出来，但成本高、技术本身的某些缺陷使这些技术难以大范围推广[4]。
1.2.1 镁及镁合金的腐蚀种类
镁长期暴露在空气中，会与氧气化学反应导致基体受到破坏而腐蚀。镁及镁合金的腐蚀主要分为自然腐蚀、析氢腐蚀和在各种介质当中的腐蚀[5]。
镁合金的腐蚀形态有主要有四种：第一种是电偶腐蚀和全面腐蚀，这归咎于镁合金的极低电位，发生的电偶腐蚀在宏观上也表现为全面腐蚀，第二种腐蚀是晶间腐蚀，它是从边界慢慢向纵深腐蚀，但不会在晶粒内部发生腐蚀。第三种是局部腐蚀又称点蚀，是镁在特定介质中遇到氯离子时发生的反应。其中能加速点蚀的是污染物质。最后一种称为应力开裂腐蚀，是金属基体在拉应力和腐蚀介质的共同作用下破坏金属的一种行为，其中对应力开裂腐蚀最大的几种影响因素有合金成分、微观结构和热处理[67]。
1.2.2 镁合金表面处理方法
目前镁及镁合金的处理方法主要有三种[8]。第一种是采用快速凝固制备技术，扩大固溶度和细化晶粒，其基本原理是将熔融成细小晶粒状态下的镁合金快速凝固来达到目的；第二种是降低镁及镁合金中有害杂质元素的成分，提高纯度，开发新型合金，其目的在于减小镁及镁合金与氧化物反应的机会；第三种技术是表面处理，这也是最为常用的一种，它的目的是在镁及镁合金表面镀上一层致密的膜层，阻止它与空气中的物质发生反应，从而提高耐蚀性[9]。其中表面处理技术又可以分为化学转化膜处理技术、阳极氧化技术、金属涂层技术、有机物涂层技术、微弧氧化处理技术、化学镀等。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 镁及镁合金的简介与应用 1
1.2 镁及镁合金的研究现状 1
1.2.1 镁及镁合金的腐蚀种类 1
1.2.2 镁合金表面处理方法 2
1.3镁及镁合金化学镀镍前处理研究现状 4
1.3.1磷酸盐系列 5
1.3.2锡酸盐系列 5
1.3.3稀土盐系列 5
1.4镁合金化学镀镍镀液研究 6
1.5本课题的选择意义和主要内容 6
第二章 镁合金前处理工艺研究 7
2.1 实验材料与仪器 7
2.1.1 实验材料 7
2.1.2 实验药品 7
2.1.3 实验仪器 7
2.2 实验步骤 8
2.2.1 镁合金表面打磨 8
2.2.2 超声波碱洗 8
2.2.3 酸洗 9
2.2.4 活化 10
2.2.5 化学镀镍 10
2.3 表征性能分析 11
2.3.1 外观 11
2.3.2 表面相组成及物相分析 11
2.3.3 检测耐蚀度 11
第三章 镁合金前处理及镀镍结果分析 12
3.1酸洗处理液配方浓度研究 12 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3.1.1 磷酸浓度改变对镁合金基体表面的影响 12
3.1.2 硝酸浓度改变对镁合金基体表面的影响 13
3.1.3 氟离子浓度改变对镁合金基体表面的影响 14
3.2 活化处理液配方浓度研究 15
3.2.1 氟化氢浓度改变对镁合金基体表面的影响 15
3.2.2 磷酸二氢钾浓度改变对镁合金基体表面的影响 16
3.3 化学镀镍研究 18
3.4各工艺流程后XRD射线衍射仪分析 18
3.5 耐蚀性能研究 21
结 论 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1 镁及镁合金的简介与应用
镁的原子量和原子序数分别为24.305和12，这让它成为了最轻的结构金属[1]。早在1808年的时候，英国化学家戴维就通过电化学实验制取了镁金属，在1828年法国科学家比西用氧化还原的方法在无水氯化镁中制取了金属镁。镁及镁化合物储量十分丰富，容易提取的镁金属大部分都在地表水溶液和固体沉积物中，但绝大部分金属镁是储存在海洋里，海洋储存镁的供应量可以说能供人类永久使用，但提取率和提取方法还存在缺陷，有待提高。在生物体内也包含镁，人体代谢系统中存在诸多以镁为催化剂的代谢消化[2]。 镁及镁合金作为轻金属这一系列材料中作用突出的金属材料，有许多优点，比强度和比刚度高；导热性、导电性优良；具有无磁性与电磁屏蔽特性；良好的阻尼性、切割加工性能、挤压成型性能、焊接性能和激光切割性能；优良的铸造性能，减振性能和相当强的衰减性能；对环境无任何不良影响等。因此，镁合金是一种非常理想的现代工业结构材料，早期被广泛地应用于航空航天工业，目前在交通、光学仪器、电子工业、电讯、音响材料等领域也有了极大的发展，近年来以20%的速度增长。
1.2 镁及镁合金的研究现状
镁及合金的化学性质不稳定，暴露在空气中很容易与某些气体发生反应从而在其表面生成一层致密的氧化物薄膜，但形成的这层氧化膜疏松多孔，对基体金属起不到任何的保护作用，所以这层膜需要去除；而且镁在通常使用的金属材料中的标准电极电位是最低的，只有2.34eV，所以镁合金极易与其他金属发生电偶腐蚀使得基体损坏[3]。镁及镁合金这种很差的耐蚀性能使我们对镁合金的广泛应用遭受了巨大阻碍，如何提高镁的耐蚀性能已经成为科学家对镁研究的重要课题。通过科学家的不懈努力，多种针对镁及镁合金的防腐蚀技术和表面处理工艺逐渐被人们开发出来，但成本高、技术本身的某些缺陷使这些技术难以大范围推广[4]。
1.2.1 镁及镁合金的腐蚀种类
镁长期暴露在空气中，会与氧气化学反应导致基体受到破坏而腐蚀。镁及镁合金的腐蚀主要分为自然腐蚀、析氢腐蚀和在各种介质当中的腐蚀[5]。
镁合金的腐蚀形态有主要有四种：第一种是电偶腐蚀和全面腐蚀，这归咎于镁合金的极低电位，发生的电偶腐蚀在宏观上也表现为全面腐蚀，第二种腐蚀是晶间腐蚀，它是从边界慢慢向纵深腐蚀，但不会在晶粒内部发生腐蚀。第三种是局部腐蚀又称点蚀，是镁在特定介质中遇到氯离子时发生的反应。其中能加速点蚀的是污染物质。最后一种称为应力开裂腐蚀，是金属基体在拉应力和腐蚀介质的共同作用下破坏金属的一种行为，其中对应力开裂腐蚀最大的几种影响因素有合金成分、微观结构和热处理[67]。
1.2.2 镁合金表面处理方法
目前镁及镁合金的处理方法主要有三种[8]。第一种是采用快速凝固制备技术，扩大固溶度和细化晶粒，其基本原理是将熔融成细小晶粒状态下的镁合金快速凝固来达到目的；第二种是降低镁及镁合金中有害杂质元素的成分，提高纯度，开发新型合金，其目的在于减小镁及镁合金与氧化物反应的机会；第三种技术是表面处理，这也是最为常用的一种，它的目的是在镁及镁合金表面镀上一层致密的膜层，阻止它与空气中的物质发生反应，从而提高耐蚀性[9]。其中表面处理技术又可以分为化学转化膜处理技术、阳极氧化技术、金属涂层技术、有机物涂层技术、微弧氧化处理技术、化学镀等。
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