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镁合金因具有高比强度和比刚度、良好的电磁屏蔽性能、易于回收再利用等优异的物理及力学性能,而被誉为21世纪的绿色结构材料。然而镁合金的耐腐蚀性能差,制约了其在工业领域的扩大应用。如何提高镁合金表面的耐腐蚀性,成为必须解决的关键问题。为此,本文通过有机功能纳米薄膜提高镁合金表面的耐腐蚀性能,并通过赋予镁合金表面的不同功能特性以扩大其应用范围,所获得的主要结论如下:
(1)选用两种镀液单体为设计合成的具有不同功能基团的三氮杂嗪类有机化合物(简称TTN和DHN),以三电极工作方式通过有机镀膜方法实现镁合金表面的亲水、疏水功能改性。借助接触角测量仪测定了有机镀膜前后镁合金表面的蒸馏水接触角并计算了表面自由能。试验结果表明,经过不同镀液有机镀膜处理后镁合金表面具有不同的浸润特性,用DHN溶液有机镀膜镁合金表面的接触角高达121.2°,表现为明显的疏水功能特性;而用TTN溶液有机镀膜镁合金表面的接触角为26.0°,低于未有机镀膜处理镁合金表面的接触角(85.5°),表现为良好的亲水功能特性。通过循环伏安法对有机镀膜过程中薄膜形成机理进行了探讨,结果表明,镁合金表面薄膜的形成过程均要经历形核、稳定生长和自我修复三个阶段。
(2)在25℃下以不同外加电位、时间条件下分别对镁合金表面进行不同镀液的恒电位法有机镀膜,结合电化学特性曲线和盐雾腐蚀试验,探讨了有机镀膜的最佳工艺条件。研究结果表明,DHN溶液有机镀膜的最佳工艺参数为外加电位0.8 V、镀膜时间10min时,其腐蚀速率为1.16g/(m<2>·h),点蚀密度为7×10<4>个/m<2>,耐腐蚀性能最好;TTN溶液有机镀膜的最佳工艺参数为镀膜电位1.1 V、镀膜时间10 min,镁合金表面的腐蚀速率为0.46g/(m<2>·h),点蚀密度为6×10<4>个/m<2>,耐腐蚀效果最佳。
(3)对有机镀膜处理的镁合金与非金属材料(塑料、橡胶和涂料)直接接合试验进行了研究,结果表明,TTN有机镀膜镁合金与工程塑料(PPS)、乙丙橡胶(EPDM)、有机涂料(彩色涂装)直接接合后均能获得优异的接合性能;镁合金/乙丙橡胶直接接合件的剥离强度达到8.3 kN/m,且断裂面橡胶覆盖率为100%,而未经有机镀膜处理的镁合金则不能与非金属接合。