不同添加劑對鎂合金磷酸鹽-高錳酸鉀轉化膜耐蝕性的影響

（沈陽理工大學 環境與化學工程學院，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、無機酸等介質中都會發生強烈的腐蝕。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。常見的化學轉化處理有鉻酸鹽轉化、磷酸鹽-高錳酸鹽轉化、錫酸鹽轉化、鉬酸鹽轉化、有機物轉化等[2]。本實驗通過在磷酸鹽-高錳酸鉀化學轉化基礎液中加入添加劑，進一步提高轉化膜的耐蝕性。

1 實驗

1.1 實驗材料

實驗材料為鑄態AZ91 D鎂合金，將其加工成規則的長條形狀。

1.2 工藝流程

1.3 化學轉化配方

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，非工作區用環氧樹脂密封。

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

2 結果與討論

2.1 不同添加劑對轉化膜的影響

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

2.2 添加劑的復合對轉化膜的影響

雖然單一的添加劑可以使轉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化膜耐蝕性的影響。表2為復合添加劑作用下轉化膜的外觀及耐蝕性。通過觀察發現，采用酒石酸+氟化鈉得到的轉化膜均勻、平整，無粉末附著。圖2為復合添加劑作用下轉化膜的極化曲線。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化膜的外觀及耐蝕性

圖1 不同添加劑作用下轉化膜的極化曲線

表2 復合添加劑作用下轉化膜的外觀及耐蝕性

圖2 復合添加劑作用下轉化膜的極化曲線

2.3 最佳方案的性能測試

通過實驗確定了最優磷酸鹽-高錳酸鉀化學轉化配方為：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。對最優方案下制備的轉化膜進行性能測試。

2.3.1 金相圖

圖3為無添加劑的轉化膜的金相圖。圖4為最優添加劑配方下所得轉化膜的金相圖。由圖3可知：無添加劑的轉化膜表面粗糙、發暗、不均勻。由圖4可知：最優添加劑配方下所得轉化膜較薄，但結構均勻，表面呈淺金色、光滑，無細微孔隙。可見，最優添加劑配方下所得轉化膜的質量更好。

圖3 無添加劑的轉化膜的金相圖

圖4 最優添加劑配方下所得轉化膜的金相圖

2.3.2 極化曲線

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

圖5 無添加劑的轉化膜與最優添加劑配方下所得轉化膜的極化曲線

表3 極化曲線的擬合結果

2.3.3 浸泡試驗

浸泡試驗結果如圖6所示。由圖6可知：無添加劑的轉化膜浸泡20 h后，其表面便出現了發黑的跡象，有大量的小黑點出現。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，最優添加劑配方下所得轉化膜在浸泡試驗的前40 h內，觀察不到腐蝕的跡象，只是轉化膜表面顏色發生變化。當浸泡時間達到60 h時，鎂合金開始出現腐蝕跡象，并且腐蝕逐漸加重。

圖6 浸泡試驗結果

3 結論

（1）通過實驗得出最佳磷酸鹽-高錳酸鉀化學轉化配方為：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）由浸泡試驗結果可知：與無添加劑的轉化膜相比，最優添加劑配方下所得轉化膜的耐蝕性更好。