论文摘要：溶胶对镁合金表面阳极氧化和阴极电沉积过程作用机制的研究

镁及其合金具有许多优良的特性，然而耐腐蚀性能很差阻碍了它们在很多领域的应用。防止镁及其合金发生腐蚀最有效、最简便的方法是在镁合金基材表面进行防护处理，有关镁合金表面防护涂层从处理方法上主要包括阳极氧化处理、阴极电沉积处理、激光改性等表面合金化处理以及表面涂敷处理等。这些方法各有优缺点，目前国内外相关研究大都是针对单一方法的工艺改善和机理探讨，而综合这些方法优缺点所开展的研究比较少。 针对镁合金表面普通阳极氧化膜存在孔隙多、不致密等问题，而表面溶胶-凝胶涂敷处理则存在结合力差、容易开裂等问题，本文直接将溶胶微粒添加到阳极氧化溶液中，利用溶胶微粒的化学吸附作用及微、纳米粒子表面效应对阳极氧化成膜过程可能起到的促进和填充作用，来改善镁合金阳极氧化膜的综合性能。同时，本文还将溶胶微粒引入到传统阴极电沉积溶液中，利用溶胶微粒来改善镁合金表面阴极镀层的性能，并探讨溶液中溶胶微粒这种特殊粒子参与和影响阴极电沉积过程的可能步骤和机制，得到了以下主要研究结果。 成功合成出SiO2、SnO2和ZnO三种溶胶，其中采用正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为前驱物合成的SiO2溶胶澄清半透明，pH约为4~5，固含量约为22%。以四氯化锡(SnCl4•5H2O)为前驱物制备的SnO2溶胶为淡黄色、清澈透明液体，pH为2~3，固含量约为12%。以醋酸锌为前驱物合成的ZnO溶胶为乳色均匀透明液体，pH约为6~7。 在1.0~1.5mol/L Na2SiO3溶液中添加10~15vol.%的SiO2或ZnO溶胶可明显改善AZ91D镁合金表面阳极氧化膜层的质量，使原本由于强烈的火花放电形成的弹坑状的形貌变得均匀细致。由于SiO2溶胶在硅酸钠溶液中可形成稳定的荷负电胶粒，并具有具有一定的吸附特性，在阳极氧化过程中，溶液中的SiO2溶胶微粒在阳极表面形成一层溶胶吸附层，在火花放电形成的局部高温高压的作用下部分被凝胶化而镶嵌于氧化膜层中，对阳极氧化膜起到了增厚和填充的作用。而ZnO溶胶微粒尺寸接近于纳米粒子且不具有明显的吸附特性，在阳极氧化成膜过程中对氧化膜的增厚和填充作用不明显，其主要作用体现在增加阳极表面活性点，促进阳极氧化膜层的均匀生长。 AZ91D镁合金在硅酸钠溶液中形成的氧化膜层主要由Mg2SiO4 和SiO2组成，随着溶液中SiO2溶胶的加入，氧化膜中Mg2SiO4和SiO2含量有所增加，Mg2SiO4的形成一方面来自溶液中SiO32-与Mg2+的反应，另一方面来自SiO2与MgO的反应；同时氧化过程火花放电所形成的高温“淬冷”作用使得氧化膜层中含有部分非晶态的SiO2。 在碱性镀Zn溶液中添加5~10 vol.% 的SnO2溶胶后可增大了镀液的阴极极化度，从而抑制了Zn的阴极放电过程，减缓了Zn的沉积速度，改善了镀层表面质量。结合Guglielmi的吸附模型理论对SnO2溶胶微粒参与碱性镀Zn的电沉积过程的分析结果表明，当镀液中SnO2溶胶添加量低于10 vol.%时，溶胶微粒参与阴极反应的控制步骤为溶胶微粒在阴极表面的弱吸附步骤，而当溶胶添加量较大时，溶胶微粒进入镀层的控制步骤为溶胶微粒在阴极表面的强吸附步骤。 将ZnO溶胶添加到氢氧化钠Zn-Sn共沉积溶液中对镀层的形貌和成份也产生了显著的影响。随着镀液中ZnO溶胶添加量的增多，镀层中的Sn含量逐渐减少，当ZnO溶胶添加量达到20 vol.%时，镀层中的Sn含量由原来的30 wt.%降至不足4 wt.%。这主要是由于ZnO溶胶的加入增大了镀液的阴极极化度，导致阴极反应电位负移，促进了 的放电过程，从而使得镀层中Zn含量明显增多而Sn含量显著降低。