论文摘要：AZ镁合金复合稀土化学转化膜的研究

本文在总结国内外镁合金表面化学转化处理的研究动向和课题组前期工作的基础上，根据AZ镁合金裸金属腐蚀过程的特点，以取代铬酸盐转化膜为目的，设计和制备了镁合金高性能复合稀土（Rare Earth，RE）化学转化膜，并对复合RE转化膜的形貌、组成、耐蚀性和成膜机理及防护作用机制进行了研究。 通过对AZ91D压铸件、AZ91D 铸件和AZ63变形镁合金的腐蚀行为研究，发现三种AZ镁合金的腐蚀历程相同，腐蚀产物都是由块状物质（Mg(OH)2为主）和类似松枝状物质（Mg2Cl(OH)3•4H2O为主）以及少量的Al(OH)3组成。但由于合金微观组织的不同导致了其腐蚀产物形态上的差别和致密程度的不同，进而影响到合金的耐腐蚀性能。 根据镁合金裸金属的腐蚀历程和化学转化膜的成膜特点，成功设计了制取镁合金高性能复合RE化学转化膜的工艺。此工艺包括三步处理过程：先通过预处理工艺改变镁合金的表面状态，用以提高转化膜与镁合金的结合力；然后在RE（Ce或La）盐溶液中进行RE化学转化处理；最后在纳米Si溶胶溶液中进行后处理。此复合RE化学转化工艺在AZ91D压铸镁合金表面能够形成灰白色膜层，该膜层平整、表面光滑、色泽均匀、结合力良好、耐腐蚀性能优良，其耐腐蚀性能超过了传统的封闭的铬酸盐化学转化膜。 采用SEM、EDS、XRD、XPS等物理检测手段研究了AZ91D压铸镁合金复合RE化学转化膜的成膜过程和膜层的形貌、组成和结构。结果表明：AZ91D压铸镁合金复合RE化学转化膜的主要组成为ZrO2、MgF2、SiO2、稀土氧化物、MgO以及少量的Al2O3等化合物。镁合金表面的复合RE化学转化膜膜层表面存在一些极其细小的微裂纹，但膜层的剖面图证实了这些细小的微裂纹并未贯穿整个膜层而到达镁合金基体。同时由膜的剖面图证实了本工艺形成的膜层结构并非简单的多层膜叠加，而是预处理膜与RE膜互相啮合、镶嵌的复合膜层。这是由于进行RE处理时，在RE转化膜生核、长大过程中，部分预处理膜会发生溶解，所溶解的离子又可能重新生成Zr(OH)4、MgF2沉积而在膜层表面形成新的、离散的局部预处理膜，因而形成了预处理膜与RE膜互相啮合、镶嵌的复合膜层结构。后处理过程中，硅溶胶在P+RE膜层外表面形成连续薄膜的同时进入膜层的裂纹等微观缺陷处进行填充，与P+RE膜层形成包裹、镶嵌的结构。 以同样具有α+β双相组织的AZ91D铸件和AZ63变形合金为研究材料拓展了复合RE化学转化工艺在其它双相AZ镁合金上的应用。结果表明：复合RE化学转化工艺在这两种镁合金上都能形成比较完整的膜层。但由于在不同AZ镁合金微观组织中，β相尺寸、体积分数、分布状态等存在差异造成了膜层表面存在较大的裂纹和孔洞等缺陷，因而提供的保护作用不如AZ91D镁合金压铸件。