宋政偉,丁莉峰

(太原工業(yè)學(xué)院 化學(xué)與化工系，山西 太原 030008)

鎂合金是一種新型的材料，具有質(zhì)量輕，強度高，電磁屏蔽好等特點，在通訊、汽車、電子等行業(yè)具有很大的應(yīng)用潛力[1-3]。但是，鎂合金的耐蝕性極差，這大大限制了鎂合金大范圍的應(yīng)用，如何提高鎂合金的耐蝕性成為鎂合金進一步推廣應(yīng)用所要解決的最大的問題[4]。就近年的研究來看，鎂合金的防腐措施主要有化學(xué)轉(zhuǎn)化膜[5]、陽極氧化[6]、化學(xué)鍍[7]或者電鍍[8]等?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜制備方法簡單，但是膜的致密性差，容易開裂；陽極氧化能夠在鎂合金表面形成多孔的氧化膜，阻止鎂合金基底的進一步腐蝕，但是工藝復(fù)雜，耗能較大；電鍍和化學(xué)鍍鍍最常見的鎂合金防腐的金屬鍍層為鎳磷合金鍍層，作為陰極鍍層的最大的缺點就是如果鍍層存在微孔將加速鎂合金基底的腐蝕，起不到防腐的效果，而且施鍍工藝復(fù)雜，耗能大，次品率高。本文研究一種鎂合金自組裝聚氨酯涂層工藝，該工藝簡單易行，能夠為鎂合金提供長久的保護。

1 實驗部分

1.1 試劑與設(shè)備

陰極聚氨酯電泳漆，AZ31B鎂合金，氯化鈉，硫酸，烘箱，馬弗爐，掃描電鏡(SEM，S4800，日本)，電化學(xué)工作站(普林斯頓，美國)。

1.2 自組裝涂層的制備

將鎂合金AZ31B平板切成2×4 cm大小的試樣，在自來水沖洗的情況下依次用600和1200的砂紙進行拋光，拋光后的試樣用蒸餾水進行沖洗，并用熱風(fēng)吹干。將其放入65 ℃堿洗液中進一步的除油10 min，然后用自來水沖洗，熱風(fēng)吹干。將鎂合金浸入1 %的H2SO4酸洗液中，酸洗30 s后取出，用蒸餾水沖洗并熱風(fēng)吹干，再放馬弗爐350度30 min。將前處理好的鎂合金試樣浸入陰極聚氨酯電泳漆(固含量7%)中，一定時間后緩慢拉出，使試樣表面多余的電泳漆滴落回電泳漆槽中，然后將試樣在室溫下風(fēng)干24 h。然后在130℃的溫度下烘烤10 min。

1.3 涂層的性能檢測

利用SEM涂層未烘烤表面微觀形貌以及烘烤后的表面形貌進行表征。

涂層的電化學(xué)測量以3.5 %的NaCl水溶液作為腐蝕介質(zhì)，工作電極為在電泳漆中涂裝不同時間的鎂合金電極，電極面積為1 cm2。將有電泳漆涂層的試樣做成的電極浸入3.5%的NaCl水溶液中，以飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑電極為對電極，測定電極的開路電勢，待電勢相對穩(wěn)定時，以開路電勢作為測量電位，振幅5 mV，高頻100000 Hz，低頻0.05 Hz，測定電極的交流阻抗。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)過程的電化學(xué)測定

圖1 鎂合金AZ31B在電泳漆中的開路曲線

實驗首先測定了鎂合金AZ31B在聚氨酯型陰極電泳漆中的開路時間曲線，見圖1，由圖可以看出，在開始100s內(nèi)開路電位變化劇烈，100 s以后變化較慢，當達到10 min時，開路電位基本不再發(fā)生變化。實驗中發(fā)現(xiàn)，當反應(yīng)超過10min后，鎂合金表面的涂層與鎂合金的結(jié)合力下降，部分位置會出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，所以，后續(xù)實驗控制反應(yīng)時間在10 min以內(nèi)。

2.2 涂層的形貌

為了了解涂層的微觀形貌，實驗利用掃描電子顯微鏡對涂層熱處理前后的形貌進行了進一步的表征，圖2A為AZ31在聚氨酯陰極電泳漆中放置1min并室溫干燥后的表面微觀形貌，可以清晰的看出，未熱處理時涂層表面不致密，由于電泳漆有大量的水存在，聚氨酯在交聯(lián)過程中會夾雜水分，當漆膜干燥過程中，水揮發(fā)，形成孔隙結(jié)構(gòu)。圖2B為130℃熱處理后涂層表面的微觀形貌，涂層表面平滑且無明顯的空隙，AZ31表面被一層致密的涂層覆蓋。對比A，B圖可以得出熱處理能夠有效的減少涂層的孔隙率。

圖2 涂層熱處理前后SEM圖

2.3 涂層的耐蝕性測定

涂層的耐蝕性可以由其在腐蝕介質(zhì)中的阻抗大小直接反映出，首先將試樣所做成的電極放入3.5%的NaCl水溶液中，測定了電極的開路電勢，大約8～10 min后開路穩(wěn)定，在0.05～100000 Hz范圍內(nèi)測定涂層的交流阻抗，分別測定了10 s、30 s、1 min、5 min、10 min的阻抗如圖3。從圖3中可以看出，在10～60s時間段內(nèi)，隨著涂裝時間的延長，涂層的電阻逐步增大，繼續(xù)增加涂裝時間，5 min的涂層電阻降低，這是由于隨著涂裝時間的延長，電泳漆與基底接觸，反應(yīng)生成氫氣，導(dǎo)致涂層部分開裂，電阻下降。10min涂層電阻又增大，開裂部分沉積新的涂層?？紤]到質(zhì)量及時間成本，涂裝超過1min會造成涂層缺陷，不易控制，所以涂裝時間在1 min為宜。

圖3 不同涂裝時間的涂層在3.5% 氯化鈉溶液中的能奎斯特圖

圖4為鎂合金自組裝涂層在3.5 %NaCl水溶液中浸泡5 h、24 h、48 h、96 h后宏觀表面形貌。在浸泡96 h后，被涂層覆蓋的鎂合金表面未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，而且涂層與鎂合金結(jié)合力強，交界處未發(fā)生脫落，由此可見該涂層能夠很好的保護鎂合金基底。

圖4 鎂合金自組裝涂層在3.5%NaCl水溶液中浸泡不同時間的照片

3 結(jié)論

鎂合金AZ31B能夠在陰極聚氨酯電泳漆中形成自組裝涂層，通過實驗，得到最佳的前處理及涂裝條件為：AZ31B鎂合金用1%的硫酸溶液酸洗30 s后取出，用蒸餾水沖洗并熱風(fēng)吹干，再放馬弗爐350℃30 min。將前處理好的鎂合金試樣浸入陰極聚氨酯電泳漆中，1 min后緩慢拉出，在室溫下風(fēng)干24 h。然后在130℃的溫度下烘烤10 min。所得的涂層與基底結(jié)合力好，具有較大的電阻，且在3.5 %氯化鈉溶液中浸泡96 h未見腐蝕，具有良好的耐蝕性。

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