不同添加剂对镁合金磷酸盐-高锰酸钾转化膜耐蚀性的影响

（沈阳理工大学 环境与化学工程学院，辽宁 沈阳110159）

0 前言

镁合金的电极电位较低，化学和电化学活性很高，在潮湿的大气、海水、无机酸等介质中都会发生强烈的腐蚀。为了使镁合金在生活中能够得到更为广泛的应用，就必须在工件使用前采取有效的防护措施[1]。表面处理是提高镁合金耐蚀性、扩大其应用范围的有效方法。常见的化学转化处理有铬酸盐转化、磷酸盐-高锰酸盐转化、锡酸盐转化、钼酸盐转化、有机物转化等[2]。本实验通过在磷酸盐-高锰酸钾化学转化基础液中加入添加剂，进一步提高转化膜的耐蚀性。

1 实验

1.1 实验材料

实验材料为铸态AZ91 D镁合金，将其加工成规则的长条形状。

1.2 工艺流程

1.3 化学转化配方

磷酸二氢铵80 g/L，高锰酸钾20 g/L，温度35℃，时间25 min。

1.4 性能测试

（1）采用GX60-DS型金相显微镜观察转化膜的表面形貌。

（2）在CHI660E型电化学工作站上进行电化学测试。采用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极。测试溶液为3.5%的NaCl溶液。扫描速率为0.005 V/s，扫描频率为100000～0.1 Hz。工作电极为1.0 cm2的镁合金电极，非工作区用环氧树脂密封。

（3）采用全浸蚀试验测试转化膜的耐蚀性，测试溶液为5%的NaCl溶液，每隔一段时间取出观察。

2 结果与讨论

2.1 不同添加剂对转化膜的影响

表1为不同添加剂作用下转化膜的外观及耐蚀性。添加剂的加入均明显地提高了转化膜的耐蚀性。对这些添加剂作用下的转化膜进行极化曲线测试，结果如图1所示。其中：酒石酸明显提高了转化膜的自腐蚀电位，有效地降低了转化膜的自腐蚀电流密度，其次是氟化钠、柠檬酸，最后是EDTA。可见，酒石酸、氟化钠和柠檬酸对转化膜耐蚀性的提高效果比EDTA的明显。

2.2 添加剂的复合对转化膜的影响

虽然单一的添加剂可以使转化膜的耐蚀性有所提高，但提高的程度有限。鉴于此，考察了两种添加剂复合对转化膜耐蚀性的影响。表2为复合添加剂作用下转化膜的外观及耐蚀性。通过观察发现，采用酒石酸+氟化钠得到的转化膜均匀、平整，无粉末附着。图2为复合添加剂作用下转化膜的极化曲线。由图2可知：相对于柠檬酸与氟化钠、柠檬酸与酒石酸的共同作用，酒石酸与氟化钠共同作用下转化膜的自腐蚀电位较正、自腐蚀电流密度较低。因此，酒石酸和氟化钠作为复合添加剂最为合适。

表1 不同添加剂作用下转化膜的外观及耐蚀性

图1 不同添加剂作用下转化膜的极化曲线

表2 复合添加剂作用下转化膜的外观及耐蚀性

图2 复合添加剂作用下转化膜的极化曲线

2.3 最佳方案的性能测试

通过实验确定了最优磷酸盐-高锰酸钾化学转化配方为：磷酸二氢铵80 g/L，高锰酸钾20 g/L，酒石酸0.5 g/L，氟化钠0.4 g/L，温度35℃，时间25 min。对最优方案下制备的转化膜进行性能测试。

2.3.1 金相图

图3为无添加剂的转化膜的金相图。图4为最优添加剂配方下所得转化膜的金相图。由图3可知：无添加剂的转化膜表面粗糙、发暗、不均匀。由图4可知：最优添加剂配方下所得转化膜较薄，但结构均匀，表面呈浅金色、光滑，无细微孔隙。可见，最优添加剂配方下所得转化膜的质量更好。

图3 无添加剂的转化膜的金相图

图4 最优添加剂配方下所得转化膜的金相图

2.3.2 极化曲线

对无添加剂的转化膜与最优添加剂配方下所得转化膜进行极化曲线测试，结果如图5所示。表3为极化曲线的拟合结果。由表3可知：最优添加剂配方下所得转化膜的自腐蚀电流密度比无添加剂的转化膜的自腐蚀电流密度低。可见，采用最优添加剂配方化学转化后镁合金基体的耐蚀性大大提高。

图5 无添加剂的转化膜与最优添加剂配方下所得转化膜的极化曲线

表3 极化曲线的拟合结果

2.3.3 浸泡试验

浸泡试验结果如图6所示。由图6可知：无添加剂的转化膜浸泡20 h后，其表面便出现了发黑的迹象，有大量的小黑点出现。随着浸泡时间的延长，黑斑的面积不断增大。当浸泡时间达到60 h时，镁合金基体裸露严重。相反，最优添加剂配方下所得转化膜在浸泡试验的前40 h内，观察不到腐蚀的迹象，只是转化膜表面颜色发生变化。当浸泡时间达到60 h时，镁合金开始出现腐蚀迹象，并且腐蚀逐渐加重。

图6 浸泡试验结果

3 结论

（1）通过实验得出最佳磷酸盐-高锰酸钾化学转化配方为：磷酸二氢铵80 g/L，高锰酸钾20 g/L，酒石酸0.5 g/L，氟化钠0.4 g/L，温度35℃，时间25 min。

（2）磷酸盐-高锰酸钾转化膜均匀、平滑，自腐蚀电流密度比基体的小，耐蚀性好。

（3）由浸泡试验结果可知：与无添加剂的转化膜相比，最优添加剂配方下所得转化膜的耐蚀性更好。