镁合金腐蚀中文翻译版

1、高耐腐蚀涂层的纳米晶镍AZ91D镁合金 摘要纳米晶体镍镀层AZ91D镁合金首先基体通过直接化学镀镍作为保护层，采用直流电镀法形成纳米晶镍镀层。作为比较，在本论文中两个化学镀镍涂层具有不同厚度也考虑在内，表面的镀层形态，使用扫描电镜和FESEM进行了研究 。经XRD图像显示纳米晶镍镀层的平均晶粒尺寸约40 nm和明显的（ 200 ）首选纹理，镀镍涂层镁合金表面硬度约580 VHN ，这是远远高于（约100 VHN ）的AZ91D镁合金表面硬度。电化学测量结果表明，纳米晶镍镀层的镁合金是最低的腐蚀电流密度和最正的腐蚀电位的，此外，在本次快速腐蚀试验表明纳米晶镍镀层AZ91D镁合金具有很高的耐腐蚀性

2、能，究其原因，镁合金耐腐蚀性能的提高，应归功于纳米晶镍涂层晶细结构和低的孔隙度。关键词：纳米晶镍;镁合金;电镀，化学镀镍;腐蚀1 引言在许多行业镁合金成为日益重要的轻质金属结构材料（密度为1.74 g/cm3 ），例如飞机制造，航天技术，光学，汽车制造业。然而，实际上是镁及其合金通常有相对较差的腐蚀阻碍，这限制了镁合金在实际环境中的应用。因此，通常是采取改变镁或镁合金工件的表面性质，以提高其抗腐蚀性和耐磨损性，可焊性，导电性或装饰外观。这可以通过镀上具有理想和具体应用所必需的性能的金属来实现。由于镁是最高电化学活性金属之一，镁合金上的任何涂层应均匀，粘附和无孔隙。产生金属涂层最具成本效益和最简

3、单的技术是基电镀技术，包括化学镀和电镀。此外，镁由于其高反应被列为典型的困难基板板块金属。至于对镁合金镀层，目前有两钟方式用于镀镁及镁合金：直接化学镀镍和锌浸泡 。在许多以前的研究中提出化学镀镁合金的方法：镍离子由基本的碳酸镍镀液中提供。不同于上面提到的方法，直接化学镀镍的AZ91D镁合金最近进行的使用镀液载硫酸镍。近年来，更高关注材料表面镀层的机械性能，耐腐蚀性能和耐磨性。据一些研究声称，纳米材料展出许多与不寻常的与常规多晶或非晶材料的力学性能和电化学性能。因此，引入纳米涂层，具有高耐腐蚀性能与良好的耐磨性的镁合金非常有希望的。在本文中，对化学镀镍从酸性浴第一次沉积AZ91D镁合金的保护层，

4、在进行进一步电镀操作，形成纳米镀层。通过扫描电镜， FESEM ， XRD和电化学测量研究纳米镀镍AZ91D镁合金显微和电化学性能。2 实验图表 1技术流程图AZ91D镁合金电镀纳米Ni涂层。 基体材料是AZ91D镁合金压铸镁合金，大小为30 * 40 * 5毫米。此合金，主要是含有大约9.1 铝，锌0.64 ，锰0.17 ， 0.001 铁和镁的平衡相。在预处理进程之前样本用1500cm碳化硅砂纸研磨。镀AZ91D镁合金的技术流程图显示图1 。此样品进行用去离子水彻底清洁在任何两个步骤之间。直接化学镀镍的厚度约度上10微米镍在AZ91D镁合金上，被用来作为保护层进一步电镀上。电镀纳米镍涂层镁

5、合金是直流电镀，电镀液中含有硫酸镍，氯化镍，硼酸和糖精，pH值为5.0和温度为50度。在电沉积过程中，用电解镍板作为阳极。电镀纳米镍涂层进行了约30分钟涂层厚度约15微米。扫描电子显微镜和场发射扫描电子显微镜分别为观察涂层的表面和横截面的形貌，EDX能谱仪用于定性元素化学分析 ，样品的精细结构通过XRD在扫描速度和进度为4度/min和0.02度下进行了研究，使用HXD - 1000微型与维氏硬度计压，压头100克持续，时间15S，对镁合金的涂层硬度进行了评估。 电化学测量设备电化学分析仪（ CHI800 ，上海，中国），使用3 氯化钠水溶液，经典的三电极电池板其中铂（ Pt ）作为对电极和Ag

6、/AgCl电极（ 207毫伏作为参比电极进行线性扫描伏安法实验。在测试之前,将工作电极在丙酮激动超声清洗10分钟。样品使用双涂层环氧树脂（内啡肽651 ）覆盖，剩出约1 cm2图 2射线衍射图谱的电镀Ni对AZ91D镁合金镁合金在不同的时间间隔，（一）AZ91D镁合金基板（二）镀基材为10分钟，（三）纳米电镀镍涂层。的面积进行电化学测试。参比电极和铂电极固定在距离工作电极约0.5毫米，以尽量减少由于电解液IR下降而导致的误差。在电位扫描实验之前，对样品首先在3 NaCl溶液中浸泡约20分钟，以稳定开路电位。腐蚀电位Ecorr和腐蚀电流密度icorr采用塔菲尔区外推法直接从log(i)E曲线上推

7、出。镁合金纳米镍涂层耐腐蚀酸浸泡试验在室温条件下10 的盐酸溶液测试。如果涂层有微孔，腐蚀液将会通过这些孔隙腐蚀镁合金基体，由于镁极易反应，腐蚀液中的H+将会与镁合金反应并变成氢气气泡。因此，从滴入腐蚀液到产生气泡的时间间隔可以用来表征镁合金表面涂层的耐腐蚀性。作为比较，镍涂层的不同厚度也进行了研究 第一氢气泡产生的涂层表面可以用来捐赠的耐蚀性涂层的镁合金基体。作为比较，镀镍涂层的不同厚度（10到25微米）也进行了研究。图 3表面晶细形态， a）纳米镍镀层；b）化学镀镍10分钟3.结果和讨论3.1 显微组织和涂料的硬度 图2（a）显示的是X射线衍射的AZ91D镁合金，这表明底面合金包括最初a（

8、Mg）相被共晶相a和b（ Mg17Al12 ）包围，这可从X射线衍射图谱图看到（b），如图3显示的是化学镀镍约15分钟，AZ91D镁合金的表面完全覆盖镍镀层。在化学镀层的磷含量非常低，这是因为根据镁合金表面的沉积机制，镍首先沉积在镁合金表面上。X射线衍射分析结果可以根据图2（c）求得：纳米镍的晶粒尺寸可以通过 200 衍射峰对应数据求出，从图2可以看出纳米镍镀层的晶粒尺寸平均40nm，此外，XRD图像同时显示纳米镍镀层具有明显的 200 生长方向。事实上，镍镀层明确的择优取向取决于沉积条件，即电解液组成，温度，pH值，电流密度，搅拌和有机添加剂。图4 纳米镍镀层经抛光和稀硝酸乙醇腐蚀后的包面形

9、貌 图3（a）显示的是典型的纳米镍镀层沉积表面的形态，可以看到纳米镍镀层的表面沉积非常致密均匀并非集群结构，完全不同于化学镀镍的“菜花状”表面形态，此外，纳米镍镀层表面展现出的是平整的镜面外观的外貌，它的晶粒尺寸不能用传统的扫描电镜观察。为了清楚地观察的明确的晶粒结构，在扫毛电镜观察前，纳米镍镀层的表面要经过抛光和稀硝酸盐/乙醇腐蚀。预处理后的纳米镍镀层的表面形态如图4，经过轻微的腐蚀，可以看到非常均匀规整的纳米镍镀层晶细结构。 图5 （a）AZ91D镁合金横截面形态的镍涂层， （ b ）AZ91D镁合金 及镀层的元素定性分析 图5（a）显示的是AZ91D表面纳米镍镀层的横断面的表面形态，为了

10、表征基体和两种不同的镍镀层的，基体和保护层分别用带有箭头的直线来标注。从这幅图中我们可以看出镁合金镀保护层前的酸性预处理主要是为了提高镁合金表面的机械联锁附着力。而且，化学镀镍保护层与纳米镍镀层间没有明显的界线，这表明纳米镍镀层紧紧附着在保护层上，另外，从横断面可以看到纳米镍镀层非常的致密并且没有孔隙。图5（b）给出的是通过EDX对镁合金及其纳米镍镀层的元素定性分析图像，由于镁合金保护层上的磷含量很低，EDX检测不出来磷元素。总体来说，纳米晶的材料一般较多晶材料具有更高的硬度，在本次研究中，纳米镍镀层硬度为580 VHN，远远高于AZ91D镁合金基体（约100VHN）。因此，镀有高硬

11、度的纳米镍涂层的镁合金的表面性能将会大大提高，比如，耐磨性。图6 镁合金基体及镀层在室温条件下3%氯化钠水溶液的电化学极化曲线 13.2镀层的耐腐蚀性图6 给出了镁合金基体及镀层在室温条件下3%氯化钠水溶液的电化学极化曲线，阴极反应对应的是氢气的生成，阳极极化曲线表征的是最重要的参数腐蚀电阻。对于镁合金基体与10um化学镀镍保护层，当在这个阳极区加上一个电位，我们可以观察到一个阳极反应的激活-控制过程。极化电流随着阳极电位的增加而增加，并没有明显的钝化发生。然而，具有10um厚化学镀镍保护层的基体的腐蚀电位比没有保护层的基体要正80mv，但腐蚀电流密度却从基体的1.546 mA/cm2减少到有

12、10um镍保护层的基体的0.327 mA/cm2。当基体具有25um厚的镍镀层时，它的腐蚀电位急剧变正到-0.410V，而腐蚀电流密度仅仅是9.8 微安/cm2。当外加电位增加到-0.287V时，在镀层表面形成了薄的钝化膜，此时腐蚀电流密度约为15.2 毫安/cm2。然而，当外加电位增加到0.085V时，镍随着腐蚀电流密度的增加而开始溶解。从图6可以看出，具有镍镀层的基体与没有保护层的基体相比较，其腐蚀电位急剧朝正向变化，腐蚀电流密度大大减小。在外加电位在-0.172V至0.160V之间，镀镍镁合金表面形成一层薄的钝化层，腐蚀电流密度约为4.92 mA/cm2,然而一旦外加电位超过0.160V

13、，这层钝化膜将会破坏掉。钝化膜破坏掉之后，镍将会通过镍镀层的孔隙溶解掉。所以我们可以看到镀镍镁合金的腐蚀电位随着镍镀层厚度的增加朝正向急剧增加。所以，纳米镍镀层在本次试验中具有最高的腐蚀电位和最低的腐蚀电流密度。事实上，已经有电化学工作者对镀镍钢的孔隙度和腐蚀速率的相关因素进行了研究。当镍镀层的孔隙度减小，腐蚀电位将会变得更高，腐蚀电流密度更小。在一定意义上腐蚀电流密度反映了镀层的腐蚀速率。因此，可以从上面的实验和讨论推断，纳米晶镀镍镁合金在研究的样品中具有最低的孔隙度，表明具有高的耐腐蚀性。而且，对于化学镀镍的镀层，由于厚度的增加降低了孔隙度，其耐腐蚀性明显提高。在酸浸实验中，纳米晶镍镀镁合

14、金的表面在浸入10%HCl两小时依然没有气泡产生,然而，化学镀25um厚镍的镁合金在同样条件下8min就产生了气泡，基体受到了腐蚀。耐腐蚀性的巨大差异表明了化学镀镍镀层依然有很高的孔隙度，相对来说，纳米晶镍镀层更加致密。所以，镁合金上纳米镍镀层是极大提高镁合金耐腐蚀性的更为有效的方法。结论在本次研究中，纳米晶镍镀层采用以基体直接化学镀镍作为保护层，在其上进行直流电沉积的方法。本次研究结果可以总结为：1） 纳米晶镍镀层的晶粒尺寸平均40nm和具有明显的 200 择优生长趋势，纳米晶镍镀层的表面致密度远高于化学镀镍镀层。2） 在酸浸试验中，纳米晶镍镀层展现出比同厚度化学镀镍镀层更高的耐腐蚀性，电化

15、学测量表明纳米晶镍镀层具有低的孔隙度和低的腐蚀速率。镁合金纳米晶镍镀层高的耐腐蚀性应归功于它的好的晶体结构和低的孔隙度。3） 纳米晶镍镀层的硬度约为580 VHN,远远高于镁合金基体的硬度（约为100VHN）。所以，纳米晶镍镀层具有高的硬度和耐腐蚀性将会扩展镁合金的应用。 参考文献1 J.E. Gray, B. Luan, J. Alloys Compd. 336 (2002) 88. 2 ASTM Standard Designation B 480-88. /cgi-bin/ SoftCart.exe/DATABASE.CART/REDLINE_PAGE

16、S/B480.htm?E+ mystore. 3 Y.H. Xiang, W.B. Hu, X.K. Liu, C.Z. Zhao, W.J. Ding, Trans. Inst. Met. Finish. 79 (2001) 30. 4 R. Ambat, W. Zhou, Surf. Coat. Technol. 179 (2004) 124. 5 G.E. Shahim, Automot. Finish. (2001 (Winter) 12. 6 A.K. Sharma, M.R. Suresh, H. Bhojraj, H. Narayanamurthy, R.P. Sahu, Met

17、. Finish. 96 (1998) 10. 7 C.D. Gu, J.S. Lian, G.Y. Li, L.Y. Niu, Z.H. Jiang, J. Alloys Compd. 391 (2005) 104. 8 K.S. Kumar, H. Van Swygenhoven, S. Suresh, Acta Mater. 51 (2003) 5743. 9 K.S. Kumar, S. Suresh, M.F. Chisholm, J.A. Horton, P. Wang, Acta Mater. 51 (2003) 387. 10 U. Erb, Nanostruct. Mater

18、. 6 (1995) 533. 11 S.H. Kim, K.T. Aust, U. Erb, F. Gonzalez, G. Palumbo, Scr. Mater. 48 (2003) 1379. 12 D.H. Jeong, F. Gonzalez, G. Palumbo, K.T. Aust, U. Erb, Scr. Mater. 44 (2001) 493. 13 S. Wang, J.K. Lewis, P.R. Roberge, U. Erb, http:/www.corrosionsource. com/events/intercorr/techsess/papers/session4/abstracts/wang.html. 14 C.A. Schuh, T.G. Nieh, T. Yamasaki, Scr. Mater. 46 (2002) 735. 15 C. Suman, SAE Transact. 99 (1990) 794. 16 L.S. Birks, H. Friedman, J. Appl. Phys. 17