【正文】 , chemical oxidation。method.Key words: AZ31recycledwere rough and porous, which porosity was higher.tight, which porosity was lower. The surface of membranesobtained fromchromateperformance was good when testing the properties. In addition, the resultsfilms.was conducted after forming chemical oxidation filmssolution .of each ponent in theAfter then, to provide further evidence of the rolethe effect was betterponents were films wereof electrochemicalthat the effect was better when the oxidation time is about 2min.itsoxidationwere obtained at room temperature. The position andconcentration ofAmong them, thethis paper was aboutof magnesiumfilms were prepared for AZ31the chemical oxidation films andone of the most economical and simplest methods.alloy can be used to protect the magnesium關(guān)鍵詞：AZ31鎂合金，化學(xué)氧化，電化學(xué)氧化，靜電噴涂A Study on the Oxide Film of AZ31 Magnesium AlloyAbstractA protective film on the surface電化學(xué)氧化所得的膜表面粗糙、多孔，孔隙率高。發(fā)現(xiàn)涂膜性能良好。之后，改變這種電化學(xué)氧化液中各成分的含量，以進(jìn)一步證明各成分的作用。對(duì)其氧化時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，得到2min左右時(shí)，氧化效果較好。所用的鎂合金試樣表面積約為1040cm2。AZ31鎂合金氧化膜的研究摘 要在鎂合金表面生成保護(hù)膜對(duì)鎂合金起到保護(hù)作用，是一種最簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的方式。本文對(duì)AZ31鎂合金進(jìn)行化學(xué)氧化成膜和電化學(xué)氧化成膜。其中，化學(xué)氧化采用低濃度鉻酸常溫，化學(xué)氧化液的成分及含量為：CrO3（5g/L）、CaSO4（5g/L）。另外，本文采用了幾種不同的電化學(xué)氧化方法成膜，發(fā)現(xiàn)電化學(xué)氧化液成分為NaOH/Na2SiO3/C6H5OH的電化學(xué)氧化方法所得的膜效果不錯(cuò)。在化學(xué)氧化和電化學(xué)氧化成膜后，對(duì)試樣進(jìn)行靜電粉末噴涂，測(cè)試涂膜性能。另外，研究結(jié)果還表明：鉻酸化學(xué)氧化所得的膜層均勻致密，孔隙率低。對(duì)六價(jià)鉻廢液可以采用沉淀法回收處理。of magnesiumalloy, which isIn this paper,electrochemical oxidationmagnesium alloy. The surface areaalloy samples used in1040cm2.chemical oxidation films with lowchromic acidcontent of chemicalsolution was CrO3 (5g/L), CaSO4 (5g/ L). Optimizeoxidation time, we foundIn addition, several different methodsoxidationused. When the electrochemical oxidation which solutionNaOH、Na2SiO3 and C6H5OH were adopted ,.of each ponent, we changed the contentselectrochemical oxidation ofThe electrostatic powder coatingor electrochemical oxidationCoatingalso showed that:filmschemical oxidation were even and from electrochemical oxidationWaste solution including hexavalent chromium pounds could beby precipitationmagnesium electrochemical electrostatic spray目錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 1 1 1 2 3 4 4 5 5 6 6 7 7 7 8 8 10 12 12 13 13 14 14 14第2章 實(shí)驗(yàn)部分 15 15 15 15 16 16 16 17 18 20 20 20 21 21 22 22 23 23第3章 結(jié)果與討論 24 24 24 24 25 25 26 26 26 28 31 31 31 32第4章 結(jié)論 34參考文獻(xiàn) 35致謝 36外文原文 37中文翻譯 56第1章 緒論鎂為銀白色金屬，℃，沸點(diǎn)1107℃；，大約是鋁的2/3，是鐵的1/4。鎂合金是以鎂為基加入其他元素組成的合金。目前使用最廣的是鎂鋁合金，其次是鎂錳合金和鎂鋅鋯合金。比剛度（剛度與質(zhì)量之比）接近鋁合金和鋼，遠(yuǎn)高于工程塑料。 在彈性范圍內(nèi)，鎂合金受到?jīng)_擊載荷時(shí)，吸收的能量比鋁合金件大一半，所以鎂合金具有良好的抗震減噪性能。 鎂合金熔點(diǎn)比鋁合金熔點(diǎn)低，壓鑄成型性能好。屈服強(qiáng)度，延伸率與鋁合金相差不大。 鎂合金件穩(wěn)定性較高，壓鑄件的鑄造行加工尺寸精度高，可進(jìn)行高精度機(jī)械加工。鎂合金易于回收，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。表11 鎂合金與鋁合金、塑料、普通鋼的主要性能參數(shù)性能參數(shù)AZ91DAM60A380ABSQ215密度（g/cm2）抗拉強(qiáng)度（MPa）23022032045335450比強(qiáng)度彈性模量（GPa）454572190210比剛度鎂合金的合金名稱(chēng)是以主要添加合金元素及其百分比來(lái)取名。表12鎂合金中合金元素代號(hào)元素代號(hào)元素名稱(chēng)元素代號(hào)元素名稱(chēng)A鋁M錳B鉍N鎳C銅P鉛D鎘Q銀E稀土R鉻F鐵S硅G鈣T錫H釷W鐿K鋯Y銻L鋰Z鋅目前，國(guó)際上傾向于采用美國(guó)試驗(yàn)材料協(xié)會(huì)(ASTM)使用的方法來(lái)標(biāo)記鎂合金。 數(shù)字： 表示兩個(gè)主要合金元素的含量： 第一個(gè)數(shù)字：第一個(gè)字母的重量%；第二個(gè)數(shù)字：第二字母的重量%。 如AZ91E表示主要合金元素為Al和Zn，其名義含量分別為9％和1％，E為標(biāo)識(shí)代號(hào)，表示AZ91E是含9％Al和1％Zn合金系列的第五位。同時(shí)由于鎂合金較好的加工性能、較強(qiáng)的機(jī)械性能、重量輕、韌性好、屏蔽性好，越來(lái)越受到人們的青睞。鎂合金與其他材料的性能比較見(jiàn)表13。根據(jù)研究，汽車(chē)所用燃料的60%是消耗于汽車(chē)自重,汽車(chē)自重每減輕10%,其燃油效率可提高5%以上。所以減輕汽車(chē)重量對(duì)環(huán)境和能源的影響非常大。鎂合金廣泛用于汽車(chē)行業(yè)中，以達(dá)到輕量化的目的。另外，由于鎂合金的比強(qiáng)度也比鋁合金和鐵高，因此，在不減少零部件的強(qiáng)度下，可減輕鋁或鐵的零部件的重量。比剛度（剛度與質(zhì)量之比）接近鋁合金和鋼，遠(yuǎn)高于工程塑料。鎂合金熔點(diǎn)比鋁合金熔點(diǎn)低，壓鑄成型性能好。屈服強(qiáng)度，延伸率與鋁合金也相差不大。鎂合金件穩(wěn)定性較高壓鑄件的鑄造行加工尺寸精度高，可進(jìn)行高精度機(jī)械加工。目前美國(guó)(通用、福特、克萊斯勒汽車(chē)公司) 和日本、德國(guó)汽車(chē)公司利用純度高、性能好的優(yōu)質(zhì)鎂合金作壓鑄件。 圖11鎂合金方向盤(pán) 圖12鎂合金汽車(chē)平衡桿3C是指計(jì)算機(jī)（Computer）、通訊（Communication）和消費(fèi)電子產(chǎn)品（Consumer Electronic）的簡(jiǎn)稱(chēng)。3C產(chǎn)品屬于鎂合金的高端應(yīng)用領(lǐng)域（見(jiàn)圖1圖14）。此外，由于鎂合金還可以防止電磁干擾及其對(duì)人體的危害，因此成為3C產(chǎn)品殼體的最佳材料。而戰(zhàn)斗機(jī)的燃油費(fèi)用節(jié)省又是商用飛機(jī)的近10倍，更重要的是其機(jī)動(dòng)性能改善可以極大提高戰(zhàn)斗力和生存能力。 圖15 空客A380 圖16 LEAPX1C發(fā)動(dòng)機(jī)鎂合金是最輕質(zhì)的金屬結(jié)構(gòu)材料，可以大幅度減輕軍用裝備質(zhì)量，是實(shí)現(xiàn)軍用裝備輕量化，提高裝備各項(xiàng)戰(zhàn)術(shù)性能的理想結(jié)構(gòu)材料。美軍裝備的M274AI型軍用吉普車(chē)(見(jiàn)圖18)采用了鎂合金車(chē)身及橋殼，大大減輕了重量，僅重860磅，具有良好的機(jī)動(dòng)性及越野性能，4名士兵即可抬起。這些材料都使用了金屬材料、非金屬材料和高分子材料，這些材料在要求具備良好生物相容性的同時(shí)，還要求有較高的力學(xué)性能。為此探討人體本身必須的元素鎂作為生物材料的可能性尤為重要，但現(xiàn)在面臨的主要問(wèn)題是鎂在體液中的反應(yīng)和耐磨性能。金屬材料的腐蝕是指金屬受到環(huán)境的高溫化學(xué)氧化、電化學(xué)溶解等作用，使金屬單質(zhì)變?yōu)榛衔?，?dǎo)致金屬受到腐蝕和破壞的現(xiàn)象。鎂合金的腐蝕形貌依賴(lài)于合金的化學(xué)成分和環(huán)境條件。對(duì)于多數(shù)的鎂合金，耐蝕性差主要有兩個(gè)原因。PB比即PillingBedworth原理：氧化過(guò)程中的氧化膜是否具有保護(hù)性，其必要條件是，氧化時(shí)所生成金屬氧化膜的體積（VMO）比生成這些氧化膜所消化的金屬的體積（VM）要大，即VMO/VM1[3]。鎂合金的腐蝕因素主要有以下幾種。鎂及其合金在大多數(shù)介質(zhì)中都不穩(wěn)定，不耐蝕，這在很大程度上限制了它的應(yīng)用。通常情況下，析出相或雜質(zhì)在合金中以金屬間化合物的形式存在，它們的電位比基體正很多，成為有效的陰極，而基體作為陽(yáng)極，在合金內(nèi)部形成典型的小陰極大陽(yáng)極的組合?？傊陨砘瘜W(xué)活潑性高、對(duì)雜質(zhì)特別是Fe、Ni、Cu和Co敏感以及pH值小于11條件下鈍化膜不穩(wěn)定是鎂腐蝕問(wèn)題的主要根源。如：工業(yè)純鎂（%）在3%的氯化鈉溶液中的腐蝕速率為5100mg/cm2/d，而高純鎂（%）。在中性和堿性介質(zhì)中，鎂合金的腐蝕反應(yīng)與純鎂的腐蝕反應(yīng)類(lèi)似，主要發(fā)生以下反應(yīng)：Mg2e=Mg2+ （陽(yáng)極反應(yīng)）(11)H2O+2e=H2+2OH– （陰極反應(yīng)）(12)Mg2+＋2OH–=Mg(OH)2 （生成腐蝕產(chǎn)物）(13)因此，鎂的電化學(xué)腐蝕以析氫為主，鎂合金則以點(diǎn)蝕和全面腐蝕形式迅速溶解。在干燥的清潔空氣中，由于表面膜有一定保護(hù)作用使鎂合金基本保持穩(wěn)定。如果大氣清潔，即使?jié)穸冗_(dá)到100%，鎂合金表面只有一些分散的腐蝕點(diǎn)，腐蝕的擴(kuò)展速度較小。許多金屬都有在表面上生成較穩(wěn)定的氧化膜的傾向，這些膜在特定條件下能起保護(hù)作用，這就是金屬的鈍性。鎂合金的自然氧化膜耐蝕性較差，呈現(xiàn)出很高的化學(xué)和電化學(xué)活性?？傊?，自身化學(xué)活潑性高、對(duì)雜質(zhì)特別是Fe、Ni、Cu和Co的敏感性以及在pH值小于11條件下自然氧化膜的不穩(wěn)定性是造成鎂腐蝕問(wèn)題的主要根源。前三種方法主要是提高基體材料的耐蝕性，而后一種方法是通過(guò)表面改性方法在表面形成一種保護(hù)層來(lái)提高鎂合金的耐蝕性?；瘜W(xué)氧化處理又稱(chēng)為化學(xué)轉(zhuǎn)化處理。它是在無(wú)電流的情況下，通過(guò)浸漬、噴淋或涂刷，使金屬工件與化學(xué)處理液相接觸，通過(guò)金屬與處理液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在金屬表面形成由氧化物或金屬鹽構(gòu)成的鈍化膜。這種膜比較薄，雖能減緩腐蝕速度，卻不能完全防止腐蝕，因而只可應(yīng)用于裝飾、裝運(yùn)儲(chǔ)存時(shí)的臨時(shí)保護(hù)及涂裝底層。與陽(yáng)極氧化膜相比，化學(xué)轉(zhuǎn)化膜較薄，耐蝕性、硬度和耐磨性較低。由于不使用電源，在處理過(guò)程中不存在由于電力線(xiàn)分布不均而導(dǎo)致的膜層厚度不均勻及深孔處不能沉積膜層的弊端。目前應(yīng)用于鎂合金化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的主要是鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜。鉻酸鹽處理由于可形成鉻/基體金屬的混合物膜層，膜層中鉻主要以三價(jià)鉻和六價(jià)鉻的形式存在，三價(jià)鉻作為骨架，六價(jià)鉻則有自修復(fù)功能[4]，因而耐蝕性很好。膜的防護(hù)性能與膜的厚度成正比。鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜在未失去結(jié)晶水時(shí)，保持吸濕性能；受到磨損和機(jī)械損壞時(shí)，吸水膨脹，具有自修復(fù)功能。在80℃以上高溫環(huán)境中，鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜將失去結(jié)晶水而破裂，喪失自修復(fù)性。鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜實(shí)際應(yīng)用也已有很長(zhǎng)時(shí)間，生產(chǎn)工藝比較穩(wěn)定可靠。鉻酸鹽處理的一般工藝流程為：表面預(yù)處理（清洗，除油）→水洗→鉻酸鹽處理→流動(dòng)清水沖洗→鈍化膜浸亮或染色（需要時(shí)）→流動(dòng)清水沖洗→干燥→涂脂、油或漆等附加保護(hù)膜。目前生產(chǎn)中趨向于尋找不含鉻的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理方法。磷化處理就是工件在以磷酸或磷酸鹽為主體的溶液中進(jìn)行浸漬或進(jìn)行噴淋，使表面產(chǎn)生完整的磷酸鹽保護(hù)膜層的表面處理技術(shù)。表14 磷化處理的工藝條件序號(hào)成分含量(g/L)溫度（℃）時(shí)間（min）1磷酸（H3PO4）（ρ=）58(ml/L)90