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氟化钠对镁合金表面磷化膜耐蚀性的影响
氟化钠对镁合金表面磷化膜耐蚀性的影响
李亚娟,梁平,秦华
(辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113001)
[摘要]?化液中添加氟化钠可改善磷化膜质量,目前对此研究还不系统。分别用添加氟化納和未添加氟
化钠的磷酸二氩铵一高锰酸钾磷化液在AM60镁合金表面制备磷化膜,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪和电化学
测试对2种磷化膜的表面形貌、成分和耐蚀性进行评价。结果表明:磷化膜可以完整覆盖基体表面,有效地将
镁合金与腐蚀介质隔离,提高了镁合金的耐蚀性;添加了氟化钠的磷化膜致密性更好,对镁合金耐蚀性的提高
效果更为显著。
关键词]嘩化膜;AM60镁合金;氟化钠;形貌;成分;耐蚀性
[中图分类号]TC174.44[文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2013)04-0010-03
依次打磨,用自来水清洗后再酸洗(75%H3PO4,25
镁合金比强度高,阻尼、切削加工及铸造性能优
℃,30s)、水洗、活化(284mL/L40%HF,25℃,
良,但耐蚀性极差,目前主要采用化学转化、阳极氧
min)、水洗。
表1AM60镁合金的化学成分
%
化、微弧氧化、离子注人、激光表面合金化、化学镀及
电镀等进行改善。其中,化学转化处理由于操作简
元素A
Mn
Ni
单、成本低廉而被广泛应用。铬酸盐化学转化处理由
e5.61000.15820.28100.45000.00670.00070.0036余量
于存在Cr+而严重污染环境,已被禁止使用。镁合金
1.2磷化工艺
在磷酸盐一高锰酸盐溶液中可生成无铬的化学转化
膜,但膜的耐蚀性还不够理想2。磷化液中添加氟
80g/L磷酸二氢铵,20g/L高锰酸钾,0g/L或
0.3gL氟化钠;温度30℃,时间20min。未添加和
寸2z
化钠可以改善磷化膜的质量,但目前国内对此研究还
不系统到。
添加氟化钠的2种磷化液制备的磷化膜分別称为A
本工作在磷酸二氢铵:高锰酸钾磷化液中添加氟膜和B膜。
化钠,在AM60镁合金表面制备磷化膜,并对其微观13测试分析
形貌、成分及耐蚀性进行了研究。
采用 TESCAN VEGA3型扫描电镜(SEM)观察磷
化膜的表面形貌,并用 BRUKER能谱仪测试磷化膜
1试验
的元素组成
采用2273电化学工作站测试磷化膜在3.5%
1.1基材的处理
NaCl溶液中的开路电位-时间曲线、交流阻抗谱和动
基材为AM60镁合金,尺寸为l2mm×15m
电位极化曲线:磷化试样为工作电极,饱和甘汞电极
化学成分见表1。基材经180,360,800,100号秒纸为参比电极,石墨电极为辅助电极,温度25℃;待腐
蚀体系稳定后测试,扫描速度为0.5mV/s,电位范同
收稿日期]2012-11-27
是-1.72~-1.60V;交流阻抗谱在自腐蚀电位下进
基金项目]辽宁省教育厅2012年科学研究一般项目行,测试频率为(5x10-2~1x10°)Hz
(L2012127);辽宁石油化工大学201年度
教育教学改革研究项目(J201068)资助2结果与讨论
[通信作者]梁平(1974-),博士,副教授,研究方向
为材料腐蚀与防护以及材料表面处理,电2.1磷化膜的表面形貌及成分
i: 13470541137, E-mail: liangping770101
2种磷化膜的表面SEM形貌见图1,能谱分析见
o 163. com
图2
氟化钠对镁合金表面磷化膜耐蚀性的影响
由图3可知:在开始阶段2种试样的腐蚀电位均
随时间增加而快速升高,然后增速逐渐减缓,这是由
于试样在浸入电解质溶液的初期发生析氢反应,腐蚀
产物膜形成速度较快,金属表面被膜层覆盖,开路电
50 Hm
50 mm
位逐渐上升,当试样表面被膜层完全覆盖后,成膜过
(a)A膜
(b)B膜
程与膜溶解过程达到动态平衡,开路电位几乎不发生
12种磷化膜的表面SEM形貌
变化,达到稳定;浸泡3600s后,A膜和B膜的腐蚀
电位分别为-1.63V和-1.61V。
7r元家必OP「。こ7r平元素地0PnC2.2.2交流阻抗语
6+w%314517712653086?6
2493360323618811874.75
5
图4为2种磷化膜在3.5%NaCI溶液中的交流
4/F
阻抗谱,拟合的电化学参数见表2,其等效电路见图
5。从图4可看出:阻抗谱都是由高频容抗弧和低频
012345678910012345678910
感抗弧组成的,感抗的出现是由孔蚀诱导引起的,而
E/kev
E/kev
(a)A膜
(b)B膜
高频的容抗行为则与基体镁合金的活性溶解有关
濉涨·
图22种磷化膜的能谱
B膜的高频容抗弧、中频容抗弧和低频感抗弧半径比
A膜的大,耐蚀性和抗点蚀性更强。由表2可知:B
由图1可以看出:2种磷化膜均可以完整覆盖基
膜的电荷转移电阻R。和膜电阻R比A膜的明显增
体表面,但存在微裂纹,这是因为镁合金在磷化液中
大,表明B膜的耐蚀性明显提高。
析出H2,气泡上浮产生微力作用,使不断沉积和长大
的磷化膜出现微裂纹4;A膜表面疏松,不平整,微裂
纹较多且较宽,而B膜的微裂纹数量明显减少,裂纹
宽度明显变小,表面结晶也更为细小,膜层更为均匀
-10
平整、致密。
井保护
由图2可以看出:2种磷化膜的成分一致,但B
020406080100
膜中Mg,F含量比A膜中的明显下降,C含量更低,
Z/(2
其余元素含量都有所增加。F在A膜中含量较高,是
图42种磷化膜的交流阻抗 Nyquist谱
因为A膜不够致密,不能均匀覆盖活化层,F元素是
表2 Nyquist谱的拟合电化学参数
HF活化过程引入的;Mg元素在A膜中含量较高,也
电化学R/(2
Ra/(!2·Rr/(2?L/(Q?
说明了A膜不如B膜致密,Mg元素部分来源于基体参数cm2)
(uF?cm
m2)
裸露部分;B膜由于加入氟化钠生成了氟磷酸盐行生A膜2.4500.00021760.809180.6813.85213.3
物等,膜层较致密。
B膜2.6270.0005040.7938130.4195.86265.0
2.2磷化膜的耐蚀性
2.2.1开路电位
图3为2种磷化膜在3.5%NaCl溶液中电位随
时间的变化曲线。
B膜
图5等效电路
1.62
R,为溶液电阻,R。为电荷转移电阻,
1.64
Qa为双电层电容,R为膜电阻,L为感抗电阻
2.2.3极化曲线
70
?6为2种磷化膜在3.5%NaCI溶液中的动电
1.72
1000200030004000
位极化曲线,拟合的电化学参数见表3。可以看出:
与A膜相比,B膜的R增大至52.000,E。om上升了
图32种磷化膜的开路电位-时间曲线
114mV,Jom下降了1个数量级,腐蚀速度明