不同添加劑對鎂合金磷酸鹽-高錳酸鉀轉(zhuǎn)化膜耐蝕性的影響

（沈陽理工大學 環(huán)境與化學工程學院，遼寧 沈陽110159）

0 前言

鎂合金的電極電位較低，化學和電化學活性很高，在潮濕的大氣、海水、無機酸等介質(zhì)中都會發(fā)生強烈的腐蝕。為了使鎂合金在生活中能夠得到更為廣泛的應用，就必須在工件使用前采取有效的防護措施[1]。表面處理是提高鎂合金耐蝕性、擴大其應用范圍的有效方法。常見的化學轉(zhuǎn)化處理有鉻酸鹽轉(zhuǎn)化、磷酸鹽-高錳酸鹽轉(zhuǎn)化、錫酸鹽轉(zhuǎn)化、鉬酸鹽轉(zhuǎn)化、有機物轉(zhuǎn)化等[2]。本實驗通過在磷酸鹽-高錳酸鉀化學轉(zhuǎn)化基礎液中加入添加劑，進一步提高轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性。

1 實驗

1.1 實驗材料

實驗材料為鑄態(tài)AZ91 D鎂合金，將其加工成規(guī)則的長條形狀。

1.2 工藝流程

1.3 化學轉(zhuǎn)化配方

磷酸二氫銨80 g/L，高錳酸鉀20 g/L，溫度35℃，時間25 min。

1.4 性能測試

（1）采用GX60-DS型金相顯微鏡觀察轉(zhuǎn)化膜的表面形貌。

（2）在CHI660E型電化學工作站上進行電化學測試。采用三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑電極。測試溶液為3.5%的NaCl溶液。掃描速率為0.005 V/s，掃描頻率為100000～0.1 Hz。工作電極為1.0 cm2的鎂合金電極，非工作區(qū)用環(huán)氧樹脂密封。

（3）采用全浸蝕試驗測試轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性，測試溶液為5%的NaCl溶液，每隔一段時間取出觀察。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同添加劑對轉(zhuǎn)化膜的影響

表1為不同添加劑作用下轉(zhuǎn)化膜的外觀及耐蝕性。添加劑的加入均明顯地提高了轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性。對這些添加劑作用下的轉(zhuǎn)化膜進行極化曲線測試，結(jié)果如圖1所示。其中：酒石酸明顯提高了轉(zhuǎn)化膜的自腐蝕電位，有效地降低了轉(zhuǎn)化膜的自腐蝕電流密度，其次是氟化鈉、檸檬酸，最后是EDTA?？梢姡剖?、氟化鈉和檸檬酸對轉(zhuǎn)化膜耐蝕性的提高效果比EDTA的明顯。

2.2 添加劑的復合對轉(zhuǎn)化膜的影響

雖然單一的添加劑可以使轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性有所提高，但提高的程度有限。鑒于此，考察了兩種添加劑復合對轉(zhuǎn)化膜耐蝕性的影響。表2為復合添加劑作用下轉(zhuǎn)化膜的外觀及耐蝕性。通過觀察發(fā)現(xiàn)，采用酒石酸+氟化鈉得到的轉(zhuǎn)化膜均勻、平整，無粉末附著。圖2為復合添加劑作用下轉(zhuǎn)化膜的極化曲線。由圖2可知：相對于檸檬酸與氟化鈉、檸檬酸與酒石酸的共同作用，酒石酸與氟化鈉共同作用下轉(zhuǎn)化膜的自腐蝕電位較正、自腐蝕電流密度較低。因此，酒石酸和氟化鈉作為復合添加劑最為合適。

表1 不同添加劑作用下轉(zhuǎn)化膜的外觀及耐蝕性

圖1 不同添加劑作用下轉(zhuǎn)化膜的極化曲線

表2 復合添加劑作用下轉(zhuǎn)化膜的外觀及耐蝕性

圖2 復合添加劑作用下轉(zhuǎn)化膜的極化曲線

2.3 最佳方案的性能測試

通過實驗確定了最優(yōu)磷酸鹽-高錳酸鉀化學轉(zhuǎn)化配方為：磷酸二氫銨80 g/L，高錳酸鉀20 g/L，酒石酸0.5 g/L，氟化鈉0.4 g/L，溫度35℃，時間25 min。對最優(yōu)方案下制備的轉(zhuǎn)化膜進行性能測試。

2.3.1 金相圖

圖3為無添加劑的轉(zhuǎn)化膜的金相圖。圖4為最優(yōu)添加劑配方下所得轉(zhuǎn)化膜的金相圖。由圖3可知：無添加劑的轉(zhuǎn)化膜表面粗糙、發(fā)暗、不均勻。由圖4可知：最優(yōu)添加劑配方下所得轉(zhuǎn)化膜較薄，但結(jié)構(gòu)均勻，表面呈淺金色、光滑，無細微孔隙?？梢姡顑?yōu)添加劑配方下所得轉(zhuǎn)化膜的質(zhì)量更好。

圖3 無添加劑的轉(zhuǎn)化膜的金相圖

圖4 最優(yōu)添加劑配方下所得轉(zhuǎn)化膜的金相圖

2.3.2 極化曲線

對無添加劑的轉(zhuǎn)化膜與最優(yōu)添加劑配方下所得轉(zhuǎn)化膜進行極化曲線測試，結(jié)果如圖5所示。表3為極化曲線的擬合結(jié)果。由表3可知：最優(yōu)添加劑配方下所得轉(zhuǎn)化膜的自腐蝕電流密度比無添加劑的轉(zhuǎn)化膜的自腐蝕電流密度低?？梢?，采用最優(yōu)添加劑配方化學轉(zhuǎn)化后鎂合金基體的耐蝕性大大提高。

圖5 無添加劑的轉(zhuǎn)化膜與最優(yōu)添加劑配方下所得轉(zhuǎn)化膜的極化曲線

表3 極化曲線的擬合結(jié)果

2.3.3 浸泡試驗

浸泡試驗結(jié)果如圖6所示。由圖6可知：無添加劑的轉(zhuǎn)化膜浸泡20 h后，其表面便出現(xiàn)了發(fā)黑的跡象，有大量的小黑點出現(xiàn)。隨著浸泡時間的延長，黑斑的面積不斷增大。當浸泡時間達到60 h時，鎂合金基體裸露嚴重。相反，最優(yōu)添加劑配方下所得轉(zhuǎn)化膜在浸泡試驗的前40 h內(nèi)，觀察不到腐蝕的跡象，只是轉(zhuǎn)化膜表面顏色發(fā)生變化。當浸泡時間達到60 h時，鎂合金開始出現(xiàn)腐蝕跡象，并且腐蝕逐漸加重。

圖6 浸泡試驗結(jié)果

3 結(jié)論

（1）通過實驗得出最佳磷酸鹽-高錳酸鉀化學轉(zhuǎn)化配方為：磷酸二氫銨80 g/L，高錳酸鉀20 g/L，酒石酸0.5 g/L，氟化鈉0.4 g/L，溫度35℃，時間25 min。

（2）磷酸鹽-高錳酸鉀轉(zhuǎn)化膜均勻、平滑，自腐蝕電流密度比基體的小，耐蝕性好。

（3）由浸泡試驗結(jié)果可知：與無添加劑的轉(zhuǎn)化膜相比，最優(yōu)添加劑配方下所得轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性更好。