鎂合金表面釔鹽復合KH560硅烷膜的耐蝕性研究

李洋　鄒忠利　湯褒川　畢振　陳文斌

【摘 要】為了提高耐蝕性，本文在AZ31B鎂合金表面采用釔鹽復合KH560硅烷制備出了復合膜層。試驗采用電導率儀及電化學工作站分別對考察了硅烷水解時間、釔鹽濃度及復合方式對膜層的影響，實驗結果顯示：硅烷最佳的水解時間為20min，釔鹽最佳摻雜濃度為5g/L，采用一步法復合方式獲得的復合膜層耐蝕性相對最好。

【關鍵詞】鎂合金;復合硅烷膜;耐蝕性

中圖分類號： TG174.4文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）32-0050-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.32.020

Corrosion Resistance of Yttrium Salt Composite KH560 Silane Film on Magnesium Alloy Surface

LI Yang ZOU Zhong-li* TANG Bao-chuan BI Zhen CHEN Wen-bin

（School of Materials Science and Engineering， Yinchuan Ningxia 750021， China）

【Abstract】In order to improve corrosion resistance，Yttrium salt composite KH560 silane was used to prepare composite film on AZ31B magnesium alloy.The effects of hydrolysis time of silane，concentration of yttrium salt and compounding method on the film were investigated by conductivity meter and electrochemical workstation.The results showed that the optimum hydrolysis time of silane was 20min，and the optimum doping concentration of yttrium salt was 5g/L.The corrosion resistance of the composite film obtained by one-step compounding method was relatively best.

【Key words】Magnesium alloy;Composite silane film;Corrosion resistance

鎂合金具有輕質高強的特點，使其在電子、汽車、航天航空、軍事等領域有著廣泛的應用[1]。然而鎂合金的化學性質相對活潑，極易發生腐蝕，限制了它的應用范圍[2]。關于鎂合金的表面防護，人們進行了大量研究，其中發現在其表面涂覆有機涂層可以大大減緩腐蝕的發生。其中金屬表面的硅烷化技術迄今已有三十多年的歷史，大量的研究表明硅烷膜層可以有效地保護鎂合金基體。然而單純的硅烷膜層的防護性能是有限的，目前的研究趨勢是無機緩蝕劑復合硅烷方法，利用緩蝕劑和硅烷膜的協同效應[3]。本文在前期試驗的基礎上[4]，選用γ-（2，3-環氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH560）作為主要成膜物質，釔鹽為摻雜改性劑，在AZ31B鎂合金表面進行浸漬成膜，采用電化學工作站對不同試樣進行了測試，考察鎂合金試樣的耐蝕性能。本文的研究擴展了鎂合金表面復合硅烷的種類，具有實際應用價值。

1 實驗方法

1.1 硅烷半水解溶液和硅烷膜的制備

采用乙醇和水作為混合溶劑對硅烷進行水解，保持KH560：無水乙醇：去離子水比例為3：2：5，在一定溫度和pH值下進行水解，最終得到硅烷KH560的半水解溶液。將表面潔凈的AZ31B鎂合金（尺寸為2cm×2cm×0.1cm）采用浸漬提拉法進行涂膜，提拉速度為3cm/s，然后甩干后在120℃進行烘干處理，時間30min。

1.2 測試方法

試驗采用電導率儀對硅烷的水解程度進行測試;塔菲爾極化曲線和電化學交流阻抗譜采用上海辰華的CHI660E電化學工作站進行測試，測試溶液為室溫條件下的3.5%NaCl溶液，采用三電極體系，以鎂合金試樣為工作電極，鉑片作為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，測試面積為1cm2。

2 結果與討論

2.1 硅烷水解時間的影響

試驗采用電導率儀對硅烷的水解過程進行檢測，硅烷水解液中存在著從硅烷轉變為硅醇的過程，該過程將會令水解液的電導率升高，同時也存在著硅醇縮聚的過程，當達到平衡時，電導率保持穩定。硅烷水解液在40℃條件下電導率與水解時間的變化趨勢如圖1所示。

圖1 硅烷水解液電導率與水解時間的關系曲線

由圖可知，當水解時間在20min左右，水解液的電導率達到穩定，即證明了硅烷水解液水解和縮聚過程達到了動態平衡，水解液存在的硅醇濃度達到最大。由此可知，在40℃條件下，20min就完成了KH560硅烷的水解過程。

2.2 復合方式的影響

圖2 不同復合方式獲得鎂合金試樣的電化學交聯阻抗譜曲線

實驗還考察了硝酸釔與硅烷的復合方式對最終復合膜層的影響，即：采用兩步法和一步法復合，兩步法是在鎂合金表面先形成釔鹽轉化膜，然后在KH560半水解液進行涂敷成膜;而一步法是將硝酸釔直接添加到KH560半水解液中，鎂合金試樣直接涂敷成膜。試驗采用電化學阻抗譜對兩種復合方式獲得的試樣進行了測試，實驗結果如圖2所示。由圖可知，采用一步法獲得復合膜層的阻抗值要遠遠大于兩步法獲得膜層的阻抗值。一步法膜層中硝酸釔的緩蝕作用和硅烷膜的防護作用很好地結合在一起，可以對鎂合金表面起到很好的防護作用;而兩步法獲得膜層的阻抗值雖然相對與空白試樣有提升，但是耐蝕效果不如一步法。由此，試驗確定采用一步法對鎂合金表面進行處理。

2.3 硝酸釔摻雜濃度的影響

在確定使用一步法復合方式后，試驗考察了不同硝酸釔摻雜濃度下硅烷膜的塔菲爾極化曲線，如圖3所示。

圖3 不同硝酸釔摻雜濃度下硅烷膜的塔菲爾極化曲線

由圖可知，當硝酸釔濃度為5g/L時獲得的鎂合金試樣腐蝕電流密度（Jcorr）最小，說明此時復合膜層的耐蝕性最好。當硝酸釔濃度高于5g/L獲得的膜層耐蝕性反而不好，推測其中的原因在于過度的添加反而會破壞硅烷膜的完整性與均一性，使其結構變得疏松，耐蝕性能反而下降。

3 結論

實驗以AZ31B鎂合金為研究對象，通過硅烷偶聯劑復合摻雜的形式獲得了耐蝕性良好的復合膜層，獲得如下結論：（1）試驗采用的KH560硅烷水解液最佳的水解時間為20min;（2）一步法復合形式獲得膜層的耐蝕性相對于兩步法更佳;（3）作為緩蝕劑的硝酸釔最佳的摻雜濃度為5g/L。

【參考文獻】

[1]訾炳濤，王輝.鎂合金及其在工業中的應用[J].稀有金屬，2004，28（1）：229-232.

[2]劉海萍.鋁合金、鎂合金表面強化技術[M].北京：化學工業出版社，2019，136-139.

[3]鄒忠利，馬金福.鎂合金表面有機硅烷膜摻雜改性的研究進展[J].材料保護，2014，47（6）：45-47.

[4]馬全森，鄒忠利，譚青文.AZ31B鎂合金表面KH550硅烷膜耐蝕性能研究[J].科技視界，2018，256（34）：74-75.