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AZ31镁合金表面超疏水膜层制备及耐蚀性能研究
作 者: 孙佳
导 师: 吴晓宏
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 物理化学
关键词: AZ31镁合金 超疏水膜层 阳极氧化法 化学复合镀法 纳米TiO2
分类号: TG174.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
在过去几十年,镁合金广泛应用于不同领域。镁合金在汽车和航空行业有重要应用,可以在减轻整体重量的同时起到节省燃料、增加载重的作用。但是,镁合金的低抗腐蚀性严重的制约其应用。通过比较国内外研究现状,本文通过阳极氧化法和化学复合镀法分别对AZ31镁合金进行超疏水膜层的制备,从而提高镁合金基体的抗腐蚀性能。阳极氧化法是以NaBr为电解液,在AZ31镁合金基体表面氧化出粗糙结构,经过低表面能有机物质化学修饰后,成功在AZ31镁合金基体上制备超疏水膜层,提高了镁合金的抗腐蚀性能。化学复合镀法是在化学镀Ni+P合金表面上沉积纳米TiO2,经过化学修饰制备出超疏水膜层,提高了AZ31镁合金的抗腐蚀性能。通过X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外光谱仪、能谱(EDS)、原子力显微镜(AFM)、电化学工作站(CHI)和光学接触角测试仪等测试手段,对样品表面的结构、形貌、成分、抗腐蚀性和接触角大小等性能进行测试与分析。研究表明:采用NaBr为电解液时,最佳浓度为0.2mol/L,电流密度为250mA/cm2,两极之间距离为20mm,时间固定在t=12min,FAS的无水乙醇溶液的质量分数为1wt%,加热时间为15min,加热温度为120℃,制备出的超疏水膜层最大接触角为155.5°,滚动角小于10°。在采用化学复合镀方法制备镁合金表面超疏水膜层时,最佳体系为:硫酸镍浓度为18g/L,次亚磷酸钠24g/L,掺入纳米TiO2最佳浓度为4g/L。通过该方法制备出的超疏水膜层最佳接触角为160.8°,其中滚动角小于5°。为了进一步增加镁合金表面的超疏水性能和耐蚀性能,本实验通过研究掺杂纳米TiO2对膜层接触角和耐蚀性能的影响,结果表明:加入纳米TiO2浓度对膜层性能有很大影响。加入TiO2可以改变化学镀Ni+P合金的微观结构,使经过低表面能物质修饰后的复合镀层具备超疏水的性能。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-7 目录 7-10 第1章 绪论 10-29 1.1 课题背景及研究的目的和意义 10-11 1.2 镁合金腐蚀原因分析及防护 11-15 1.2.1 镁合金腐蚀原因及分析 11-12 1.2.2 镁合金腐蚀分类 12-14 1.2.3 镁合金的防护 14-15 1.3 镁合金表面处理技术 15-19 1.3.1 微弧氧化 15-16 1.3.2 阳极氧化 16-17 1.3.3 热喷涂 17-18 1.3.4 电镀 18-19 1.3.5 化学镀镍 19 1.4 超疏水膜层简介 19-28 1.4.1 超疏水膜层理论模型 20-24 1.4.2 超疏水膜层国内外现状 24-28 1.5 本课题主要研究内容 28-29 第2章 实验材料及研究方法 29-33 2.1 实验材料 29 2.2 主要实验试剂及仪器设备 29-30 2.3 镁合金前处理工艺 30-31 2.3.1 机械打磨 30-31 2.3.2 碱洗 31 2.4 研究方法 31-33 2.4.1 膜层表面形貌分析 31 2.4.2 膜层表面元素分析 31 2.4.3 膜层表面相组成分析 31-32 2.4.4 腐蚀性能分析 32 2.4.5 结合力分析 32-33 第3章 阳极氧化法制备 AZ31 镁合金超疏水膜层 33-51 3.1 引言 33 3.2 阳极氧化电解液的筛选及工艺参数的优化 33-38 3.2.1 超疏水膜层制备与表征工艺流程图 33-34 3.2.2 阳极氧化电解液筛选与浓度研究 34-36 3.2.3 阳极氧化其它工艺参数的优化 36-38 3.3 阳极氧化工艺参数对膜层结构与性能的影响 38-49 3.3.1 电流密度对膜层结构与性能的影响 38-42 3.3.2 阳极氧化时间对膜层结构与性能的影响 42-46 3.3.3 FAS 对膜层结构与性能的影响 46-49 3.4 本章小结 49-51 第4章 化学复合镀法制备 AZ31 镁合金超疏水膜层 51-69 4.1 引言 51 4.2 化学镀镍工艺研究 51-54 4.2.1 制备超疏水膜层工艺流程图 51-52 4.2.2 化学镀镍磷合金工艺参数筛选 52-54 4.3 化学复合镀配方筛选与优化 54-60 4.3.1 SiO2对化学镀镍溶液的影响 55-56 4.3.2 CNTs 对化学镀镍溶液的影响 56 4.3.3 TiO_2对化学镀镍溶液的影响 56-57 4.3.4 化学复合镀配方研究 57-60 4.4 AZ31 镁合金超疏水膜层制备 60 4.5 化学复合镀对膜层结构与性能的影响 60-65 4.5.1 化学复合镀对膜层相结构的影响 60-61 4.5.2 化学复合镀对膜层微观形貌的影响 61-63 4.5.3 化学复合镀对膜层断面形貌的影响 63 4.5.4 化学复合镀对膜层接触角的影响 63-64 4.5.5 化学复合镀对膜层耐蚀性能的影响 64-65 4.6 FAS 对膜层结构与性能的影响 65-68 4.6.1 FAS 对膜层表面元素的影响 65 4.6.2 FAS 对膜层表面化学键的影响 65-66 4.6.3 FAS 对膜层接触角的影响 66-67 4.6.4 FAS 对膜层耐蚀性能的影响 67-68 4.7 本章小结 68-69 结论 69-70 参考文献 70-75 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 75-77 致谢 77
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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 腐蚀的控制与防护 > 金属表面防护技术
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