鎂合金表面釔鹽轉(zhuǎn)化膜的制備工藝研究

陳榮飛 鄒忠利＊

（北方民族大學材料科學與工程學院，寧夏 銀川 750021）

0 引言

稀土元素具有獨特的4f 亞電子層的原子結(jié)構(gòu)，在光學、磁學、電子、陶瓷、化工、儲能以及醫(yī)藥生物等領(lǐng)域前景廣闊[1]。 在金屬防護領(lǐng)域，以稀土鹽為主要成膜物質(zhì)的稀土化學轉(zhuǎn)化膜是一種簡單、 環(huán)保的表面防腐技術(shù)，它的耐蝕性能良好，在近四十年受到研究者的廣泛關(guān)注[2]。目前人們研究最多的是輕稀土元素，如鈰鹽、鑭鹽，開發(fā)出了不同的化學轉(zhuǎn)化技術(shù)，不僅包括單一稀土鹽轉(zhuǎn)化，還包括雙稀土鹽轉(zhuǎn)化、復合稀土轉(zhuǎn)化等[3]。為了拓展稀土元素的應(yīng)用范圍， 一些研究者開始研究其他稀土鹽轉(zhuǎn)化膜，如楊雨云[4]、李玲莉[5-6]等人對釔鹽、釹鹽、釤鹽和鐠鹽等稀土元素進行了探索，趙丁藏等人[7]對釹基轉(zhuǎn)化膜進行了研究。從研究結(jié)果看，其他稀土鹽作為成膜主劑可以賦予金屬一定的防護性能。 筆者所在課程組長期從事鎂合金化學轉(zhuǎn)化膜的研究， 特別是釔鹽轉(zhuǎn)化膜方面，取得了一定的研究成果[8-9]。在此基礎(chǔ)上，筆者對鎂合金表面釔鹽轉(zhuǎn)化膜的成膜工藝進行了研究， 重點考察了釔鹽濃度對轉(zhuǎn)化膜耐蝕性的影響。本文的研究對于鎂合金表面新型防護技術(shù)具有明顯的科學意義和實踐應(yīng)用價值。

1 實驗方法

1.1 鎂合金試樣預處理

試驗采用AZ31B 鎂合金板材，尺寸為2 cm×2 cm×0.1 cm。 試樣首先在堿性除油液中進行脫脂除油，水洗后酸性除銹，再次用去離子水漂洗干凈。

1.2 化學轉(zhuǎn)化膜的制備

實驗工藝配方為硝酸釔5 g/L，高錳酸鉀10 g/L，氟化鈉 4 g/L，pH 為 3。 將表面潔凈的 AZ31B 鎂合金采用浸漬法進行轉(zhuǎn)化成膜， 然后鼓風吹干后在80℃進行烘干處理，時間60 min。

1.3 測試方法

試驗采用金相顯微鏡觀察膜層的表觀形貌；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AZ31B 鎂合金為工作電極，鉑片作為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，測試面積為1 cm2。

2 結(jié)果與討論

2.1 表觀形貌

處理前后鎂合金試樣的金相顯微照片如圖1 所示。

由圖可見成膜后的鎂合金樣品表面呈暗褐色且金屬光澤消失，表面存在明顯的腐蝕痕跡，可見一層薄薄的氧化膜附著在鎂合金基體表面。

2.2 釔鹽濃度的影響

圖1 處理前后鎂合金試樣的金相照片

為了直觀考察硝酸釔濃度對鎂合金表面釔鹽轉(zhuǎn)化膜耐蝕性的影響。實驗配制了不同濃度的釔鹽轉(zhuǎn)化液分別成膜，采用電化學工作站測試試樣的自腐蝕電流密度， 繪制硝酸釔濃度-自腐蝕電流關(guān)系曲線如圖2 所示。

圖2 不同釔鹽濃度獲得鎂合金試樣的自腐蝕電流密度曲線

鎂合金轉(zhuǎn)化膜試樣的自腐蝕電流密度越低，說明耐蝕性能越好。由圖可知當釔鹽濃度為4 g/L 時，鎂合金的自腐蝕電流密度降到最低，此時鎂合金釔鹽轉(zhuǎn)化膜的耐腐蝕性能達到最好。

采用電化學工作站對釔鹽最佳添加量獲得的轉(zhuǎn)化膜試樣進行Tafel 極化曲線測試，結(jié)果如圖3 所示。

通過釔鹽轉(zhuǎn)化處理前后鎂合金的Tafel 極化曲線比較可知，鎂合金的電極電位由處理前的-1.2 V 左右增加到-0.2 V 左右，自腐蝕電流密度大大降低，充分說明釔鹽轉(zhuǎn)化膜可以有效增強鎂合金試樣的耐蝕性。

圖3 釔鹽轉(zhuǎn)化處理前后鎂合金的Tafel 極化曲線

3 結(jié)論

鎂合金表面采用釔鹽轉(zhuǎn)化液進行化學轉(zhuǎn)化成膜能夠在其表面生成防護性能良好的膜層。通過外觀檢驗和電化學測試結(jié)果表明，經(jīng)過釔鹽處理后的鎂合金試樣表面呈暗褐色，最佳的釔鹽添加濃度為4 g/L，此時自腐蝕電流密度最小。