文献翻译-铝扩散涂层对az91d镁合金的耐腐蚀性能的改进

毕业论文文献翻译院（系）名称工学院机械系专业名称材料成型及控制工程2012年03月4日铝扩散涂层对AZ91D镁合金的耐腐蚀性能的改进摘要通过运用磁控溅射和真空退火，对AZ91D镁合金基材进行铝扩渗涂层，以提高其耐腐蚀性能。通过扫描电子显微镜和X射线衍射对扩散涂层的微观结构和组成进行了调查。扩散涂层主要由相AL12MG17。在35的中性NACL溶液中的连续浸泡试验表明，与无扩散涂层的AZ91D镁合金试样相比具有扩散涂层的试样有较好的耐腐蚀性。电位极化测量表明，时，当接触到35的中性NACL溶液时,扩散涂层可作为一个有效的保护层，以降低对AZ91D镁合金的腐蚀速率。关键词AZ91D镁，镁合金，腐蚀，扩散涂层1引言近年来,由于镁合金表现出的较好的低密度性和对负荷的高强度比,镁合金在各种工程领域中的应用已得到稳步提升。然而，实际上这些合金具有极强的氧化性。合金表面的氧化薄膜自然无法提供足够的保护13。其耐腐蚀性不足对其在实践中的广泛应用已成为严重限制。为了提高镁合金的耐腐蚀性和涂层附着性，常规的方法是化学转化处理。获得镁合金表面保护层的知名和有效的转换过程是将合金浸泡在铬酸盐浴器中。然而，铬酸盐浴器由于其高毒性而正在受到逐步限制。最近研究进程主要集中在对和健康无害的镁合金保护膜方面，并提出各种新工艺48。从理论上讲，镁合金的耐腐蚀性，可以通过修改它们的组成和微观结构得到改善。一个有价值的方法是以扩散合金化理论为基础的，那些由于由金属间化合物组成的涂层的形成而产生的防腐蚀性，不仅可以提高耐腐蚀性，而且还提供足够的粘合强度和较好的力学性能。从1999年开始王的研究组试图通过粉末覆盖镀铝涂层来保护镁合金，然而，结果并不理想，因为镁合金是非常容易被氧化，其熔点的温度非常低。因此，在这项研究中，扩散涂层技术被运用在AZ91D镁合金试样上通过磁控溅射和真空退火形成了一个预期的铝扩散涂层。此外，这项研究中还强调了扩散涂层的腐蚀特性。2实验从砂铸AZ91D镁合金切割出大小为15毫米10毫米3毫米的矩形试样。合金的名义化学成分列于表1。1000目的砂纸对试样表面进行机械打磨，以确保相同的粗糙度，然后在超声波浴器中用丙酮清洗。SBH5模型L15D，平面磁控溅射设备，用于对AZ91D镁合金基底的涂铝。溅射前试样喷砂提高铝涂层和基底之间的附着力。在1500瓦的功率和氩气压力02帕下进行15小时的溅射。在管式炉中进行450的真空退火处理2小时。为了评估治疗效果，用测产氢速率的方法测量试样在2520100H的浸泡试验中的腐蚀速率。安装示意图如图1所示，其原理是在文献9中详细解释。此外，在35中性NACL溶液中运用三极电池进行了的动电位极化测量。试样与铜线连接并嵌入到环氧树脂树脂里作为电化学测试的工作电极，工作区是极化范围约1CM2。极化范围为05V至05V对与开路电位，该系统达到稳定状态后以025MV/S的扫描速度进行测量。使用一配备了能量色散X射线光谱仪（EDS）和X射线衍射仪（具有CUK辐射）的飞利浦XL30扫描电子显微镜（SEM）对退火处理试样的微观结构和组成进行了表征。3结果与讨论31显微结构图2显示的是AZ91D镁合金基材上的溅射铝涂层的表面和截面形貌。虽然铝涂层的溅射参数进行了优化，但涂层仍不紧凑，沉积层中仍有孔洞和空隙。涂层的结构似乎是典型的柱状晶体。15小时后溅射涂层厚度将近8M。为了获得紧凑型溅射涂层，进行各种参数的变动；然而，涂层的质量仍不如意。考虑到镁合金的反应和物理气相沉积（PVD）涂层的性能，只有PVD涂层的镁合金很难得到一个良好的保护，尽管有一些人试图利用PVD技术找到保护镁合金方法。因此，涂层铝之后对试样进行真空退火处理，以形成一个扩散涂层。图3显示了有扩散涂层的试样表面和截面形貌。退火处理后，表面形貌变得光滑，致密，而缺陷如孔和缝隙就消失了。截面形貌表明，通过冶金反应在试样表面上形成与基体相结合一个近30微米新的涂层。扩散涂层的附着力大大增加。在扩散涂层里，白色部分形成了一个连续的矩阵，而灰色部分嵌入在白色部分里。此外，在扩散涂层与基体之间的界面发现一些熔化的迹象。根据二维铝镁相图，在437将发生有相形成的共晶反应。在本实验条件里，真空退火温度高于相的熔点，从而相将在退火处理过程中熔化，。液相的形成将有助于铝扩散涂层形成从而使表面形貌变得光滑，致密。图4显示了白色部分和灰色部分的能谱结果。白色部分的铝含量比灰色部分的高得多。白色部分的组成类似相AL12MG17。32腐蚀性如图5所示无涂层的AZ91D镁合金试样和有扩散涂层的试样浸泡在35的NACL溶液中的析氢速率，氯溶液。镁在其腐蚀电位的腐蚀反应可表示如下3MG2H20MG220HH21因此，测量的产氢速率能说明试样的腐蚀速率。在准备期间无涂层的样本作为碳化硅的基材，这将不可避免地导致一些SIC颗粒嵌入到试样表面。嵌入的SIC颗粒作为电流阴极，在某种程度上将加快AZ91D镁合金在腐蚀性介质中的腐蚀。然而，SIC颗粒的导电性很差阴极无涂层AZ91D镁合金的腐蚀速率的影响并不严重。此外，在本文中，无涂层试样腐蚀速率的测量只是为了与扩散涂层试样的腐蚀速率作比较。结果表明，无涂层试样的产氢速率与浸泡时间成正比，直线的斜率接近10，这意味着，无涂层合金的腐蚀速率是恒定的。但在初始阶段扩散涂层试样析氢速率大大降低，而在浸泡60小时后，腐蚀速率增加。浸泡60小时后，扩散涂层试样的腐蚀速率高于无涂层试样，这表明，当试样有的表面扩散涂层被破坏，由于扩散涂层作为阴极层加快基材的腐蚀。随着浸泡时间的加长，腐蚀速度相对下降，由于腐蚀样本的覆盖面有高的铝含量。从浸泡试验的结果，与无涂层试样相比，由溅射铝和真空退火处理作用形成的扩散涂层可以为AZ91D镁合金在35NACL溶液中提供很好的保护。在图6和表2分别所示为极化曲线和腐蚀的动态参数。从表2看出，扩散涂层试样的腐蚀电位为1238VSCE左右，这是类似LUNDER研究的无腐蚀电位的相等10。扩散涂层试样的腐蚀电位比无涂层的AZ91D镁合金试样的高0338V。由电化学原理知，前者比后者的腐蚀倾向小。这符合极化曲线的结果。与扩散涂层试样的腐蚀电流密度下降了一个数量级与无涂层合金相比。溅射铝涂层试样，涂层仅是处于初始阶段的障碍。溅射涂层开始扩大范围在进行了测量之后。当极化进入到阳极系时，残余铝涂层作为阴极，加速基材的腐蚀。上述结果证实，单溅射铝涂层不能给基材提供保护。此外。根据宋和ATRENS研究成果3，相对AZ91D镁合金的腐蚀起到双重功效。相可作为一个屏障或作为电流阴极。相AZ91D镁合金的腐蚀作用是依赖于它的分布和体积分数。如果它是作为很少一部分，它主要作为电流阴极，以加速矩阵的整体腐蚀。然而，如果它的分数足够高，其作为阳极对整体合金的腐蚀起主要作用11。因此，充分利用相特性对提高镁合金的耐腐蚀性具有很大的潜力。4结论通过在450结合磁控溅射和真空退火2小时，在AZ91D镁合金基材上形成铝扩散涂层。扩散涂层与基材的附着力明显增强。扩散涂层由相与低铝含量的灰色部分组成，（相能形成连续的矩阵）。扩散涂层能提高基材合金的耐腐蚀性，这在浸泡试验和动电位极化中得到验证。鸣谢笔者非常感谢中国科学院金属研究所，国家重点腐蚀与防护实验室的支持。参考文献1DELIEZER，EAGHIONANDFHFROESADVPERFORMMATER，1998，5，2012GLMAKARANDJKRUGERINTMATERREV，1993，38，1383GLSONGANDAATRENSADVENGMATER，1999，1，114ALRUDD，CBBRESLINANDFMANSFELDCORROS，SCI，2000，42，2755AKSHARMA，MRSURESH，HBHOJRAJ，HNARAYANAMUTHYANDRPSAHUMETFINISH，1998，45，106LSORIN，SPIERRE，GDOMINIQUEANDLMICHELAPPLSURFSCI，2004，225，1247HHOCHE，HSCHEERER，DPROBST，EBROSZEITANDCBERGESURFCOATTECHNOL，2003，174175，10028AYAMAMOTO，AWATANABE，KSUGAHARA，HTSUBAKINOANDSFUKUMOTOSCRIPTAMATER，2001，44，10399GLSONG，AATRENSANDDSTJO