鎂合金表面PVD鍍膜及其耐蝕性研究.pdf

1、鎂是地球上含量較為豐富的資源之一，分布廣泛。鎂合金作為一種輕質(zhì)工程材料，具有密度小、比強(qiáng)度高、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、電子產(chǎn)品以及航空航天領(lǐng)域。但是其化學(xué)活性大，標(biāo)準(zhǔn)電極電位很低，耐蝕性差，嚴(yán)重限制其廣泛應(yīng)用。目前對(duì)鎂合金的表面處理主要有:化學(xué)轉(zhuǎn)化、陽(yáng)極氧化、電鍍等。物理氣相沉積技術(shù)(PVD)作為一種綠色改性技術(shù)，正發(fā)展成為薄膜工業(yè)化應(yīng)用的主要方法。
　　本文采用物理氣相沉積中的磁控濺射技術(shù)在AZ91D鎂合金表面制

2、備了多種防護(hù)性薄膜，利用場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡(FE-SEM)、X射線光電子能譜和X射線衍射譜(XRD)等分析手段表征薄膜表面斷面形貌、組成成分和物相結(jié)構(gòu);利用劃格實(shí)驗(yàn)法表征薄膜基體間結(jié)合力;利用動(dòng)電位極化曲線的電化學(xué)分析方法以及析氫試驗(yàn)和鹽霧試驗(yàn)研究了鍍膜及未鍍膜鎂合金在氯化鈉溶液中的耐腐蝕性能，并對(duì)腐蝕破壞機(jī)制進(jìn)行探討，主要研究結(jié)果如下:
　　(1)隨著氮?dú)饬髁堪俜直鹊脑黾?，CrNx涂層相結(jié)構(gòu)由金屬Cr轉(zhuǎn)變?yōu)镃r2N，再轉(zhuǎn)變?yōu)镃rN

3、;涂層表面平整均勻，斷面呈現(xiàn)柱狀晶結(jié)構(gòu)。劃格實(shí)驗(yàn)法顯示涂層未出現(xiàn)起皮、大面積脫落等現(xiàn)象，表明涂層基體結(jié)合力良好。隨著氮?dú)饬髁堪俜直鹊脑黾?，電化學(xué)極化曲線表現(xiàn)為電位升高，降低了鎂合金腐蝕反應(yīng)的熱力學(xué)傾向，且CrN涂層短程耐蝕性表現(xiàn)優(yōu)異，但是隨著與腐蝕介質(zhì)接觸時(shí)間的增加，析氫量急劇增加，表面腐蝕嚴(yán)重，涂層保護(hù)性失效，反而加劇鎂合金的腐蝕進(jìn)程。
　　(2)得到一套比較完善的評(píng)價(jià)PVD鍍膜鎂合金耐蝕性的方法，采用電化學(xué)方法、析氫試驗(yàn)和鹽霧

4、試驗(yàn)來(lái)綜合表征PVD鍍膜鎂合金耐蝕性:先利用電化學(xué)動(dòng)電位極化曲線表征涂層的短程耐蝕性，快速獲得腐蝕電位和腐蝕電流密度等信息，然后對(duì)電化學(xué)測(cè)試表現(xiàn)良好的涂層樣品進(jìn)行析氫試驗(yàn)和鹽霧試驗(yàn)，通過(guò)單位面積析氫量以及外觀評(píng)級(jí)來(lái)評(píng)價(jià)涂層鎂合金長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的抗腐蝕性能。
　　(3)制備的CrN、ZrN、AlN金屬氮化物涂層均為單相，CrN和ZrN為fcc結(jié)構(gòu)，AlN為hcp結(jié)構(gòu);涂層表面平整均勻，斷面呈現(xiàn)柱狀結(jié)構(gòu)。劃格實(shí)驗(yàn)法顯示涂層未出現(xiàn)起皮、大面積

5、脫落等現(xiàn)象，表明涂層基體結(jié)合力良好。金屬氮化物涂層均能在短時(shí)間內(nèi)對(duì)AZ91D鎂合金基體起到一定的保護(hù)效果，但隨著腐蝕性介質(zhì)侵蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，CrN和ZrN涂層加速鎂合金的腐蝕進(jìn)程，而AlN涂層能略微提升鎂合金的耐蝕性。
　　(4)對(duì)腐蝕破壞機(jī)制進(jìn)行了探討，空白鎂合金在NaCl溶液中表面是以點(diǎn)蝕開(kāi)始的局部腐蝕，隨著氧化層的溶解消失，出現(xiàn)表面的全面腐蝕以及β相引起的電偶腐蝕，隨著電偶腐蝕的擴(kuò)展，析氫量增多，腐蝕加劇;而涂覆金屬氮化物涂層

6、的鎂合金在NaCl溶液中的腐蝕過(guò)程也分為兩個(gè)過(guò)程:腐蝕初期和腐蝕后期，腐蝕初期以點(diǎn)蝕為主，隨著時(shí)間的增加，蝕坑向深度和廣度擴(kuò)展;腐蝕后期為基體局部腐蝕引起的快速溶解，氫氣的劇烈析出使得涂層產(chǎn)生微裂紋，逐漸破裂并最終從基體表面剝離。涂層柱狀結(jié)構(gòu)存在的缺陷是發(fā)生局部腐蝕的主要場(chǎng)所，涂層與基體間的電位差是形成腐蝕原電池導(dǎo)致鎂合金快速溶解的主因。
　　(5)制備的氮化硅涂層為非晶態(tài)，N/Si原子比1.4，結(jié)合XPS分析表明涂層為略微富氮的