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镁基体具有高的化学活性、低的电极电位等特征,因此在镍磷镀过程中酸洗、氟化及镀液对基体腐蚀的影响较大,从而影响到镀层的致密和结合。而镁合金中α基相和β-Mg17Al12相的化学活性及电极电位差异较大,不同β相含量的镁合金其抗腐蚀性能必然不同。基于此,本文选择β相含量为0%、3%、9%、13%和21%的AZ91镁合金,通过对镀层致密性和结合性影响最大的镁基体酸洗界面形貌、氟化膜的形成特性、镍磷镀层的微观结构及性能的分析,研究了β相对镀层结合性、致密性及耐蚀性的影响;同时通过腐蚀失重率、腐蚀形貌等探讨了β相对镁合金腐蚀机制的影响,讨论了不同pH环境、特别是酸性环境下H+对腐蚀性能的影响,以期通过对镁基体的处理来改善镁合金镍磷镀层的耐蚀性。
研究结果表明:酸洗过程,由于时间较短,凸起的β相仅起到刻蚀的作用。β相越多,镁基体粗糙度越大,则制备的镀层与基体的机械咬合力越大,膜基结合则越好。其中β相21%的试样粗糙度最大,腐蚀深度2.112μm,镀层的结合力也最大达50N;氟化过程中,随着β相含量的增多,氟化膜的形成面积呈先增后降的规律,β相9%的试样氟化膜的形成面积最大达85%左右,镍磷镀层孔隙率最小仅为2%,致密性最高;镁合金上镍磷镀层的耐蚀性随β相含量的增多呈先增后降的几率分布趋势,在3.5wt%NaCI水溶液中,β相9%的镍磷镀层耐蚀性能最好,其自腐蚀电位为-1.0434V。β相含量不同时,镍磷镀层的主要失效机制也不同:β相含量小于9%,以丝状腐蚀失效为主;β相含量大于9%时,以点蚀失效为主。
镁合金腐蚀过程中包括:α-Mg的溶解、微电偶腐蚀、Mg(OH)2钝化膜和β相的机械阻挡等四个过程,不同β相所起作用不同。其中β相小于9%时,β相主要通过影响Mg(OH)2钝化膜来影响镁基体的耐蚀性;β相大于13%,机械阻碍作用占主导,耐蚀性提高,但过高时电偶腐蚀过强引起α相大量溶解,β相镂空而脱落,镁合金腐蚀反而加重耐蚀性更差,因此β相含量为13%的镁合金耐蚀性最好。
腐蚀液pH不同时,β相的作用机制也不同,随pH值增加,镁基体的耐蚀性增加,但其表面粗糙度下降,不利于镀层的结合;酸性溶液中,H+加速cr的腐蚀,H+浓度越高,β相裸露越多,表面粗糙度越大。但H+浓度大于10-2rrioUI,随着大量的α相溶解,β相被架空脱落,试样表面粗糙度反而降低;而H+浓度小于10-5rriol/l,β相刻蚀作用得不到充分发挥,试样表面粗糙度较低,镀层的结合力也会降低。所以镍磷镀液pH值最佳应在2-5范围内,且镀液的pH越小,一镍磷镀层的耐蚀性越好。