镁合金磷化工艺的研究

陈 阳， 郝建军， 郭 雪

（沈阳理工大学 环境与化学工程学院，辽宁 沈阳110159）

0 前言

随着镁合金工业的发展及镁合金应用领域的不断扩大，提高镁合金的耐蚀性已成为研究热点。改善镁合金的耐蚀性有两种方法：一是添加不同的合金；二是改善镁合金的表面性能，一般采用化学转化、阳极氧化、化学镀、电镀、有机涂层等方法。

本文主要采用磷化的方法在镁合金试样表面形成一层非金属的、不导电的、难溶的多孔磷酸盐转化膜，从而提高基体金属的耐蚀性。采用电化学方法对磷化膜的耐蚀性进行研究，从而确定最佳的工艺条件。

1 实验

1.1 实验材料

采用AZ91D 镁合金，其组成为：铝9%，锌1%，镁余量。样品尺寸为30mm×20mm×3mm。

1.2 磷化工艺流程

1.3 主要工序说明

（1）除油

采用丙酮和无水乙醇除油。

（2）活化

氢氧化钠60g／L，柠檬酸钠30g／L，三聚磷酸钠15g／L，十二烷基硫酸钠1.5g／L，65～75℃，10min。

（3）表面调整

A 液0.8g，B液0.8g，45～55℃，10min。

1.4 磷化液配方及工艺条件

氧化锌1～2g／L，氟化钠0.2～0.4g／L，磷酸3～5g／L，钼酸铵0.2～1.0g／L，十二烷基磺酸钠0.1～0.2g／L，酒石酸0.2～0.5g／L，pH值2.5～4.5，45～70℃，5～15min。先用400＃的粗砂纸进行粗打磨，再用金相砂纸进行细打磨。

1.5 测试方法

电化学测试在上海辰华公司生产的CHI604C型电化学工作站上进行。采用标准的三电极体系，工作电极为待测试样，参比电极为饱和甘汞电极（SCE），辅助电极为惰性铂电极。在室温下，测定试样在3.5%的NaCl溶液中的极化曲线和电化学阻抗谱。

2 结果与讨论

2.1 磷化温度对磷化膜耐蚀性的影响

控制磷化液的pH值2.5，磷化时间5 min，考察磷化温度对镁合金磷化膜耐蚀性的影响。得到的极化曲线和电化学阻抗谱，分别如图1和图2所示。根据Tafel原理，对极化曲线进行拟合。得到的电化学参数列于表1中。

图1 不同磷化温度下所得磷化膜的极化曲线

图2 不同磷化温度下所得磷化膜的电化学阻抗谱

表1 不同磷化温度下所得磷化膜的电化学参数

由表1可知：75℃时所得磷化膜的自腐蚀电流密度最小，阻抗最大，此时磷化膜的耐蚀性最好。

由图2可知：75℃时所得磷化膜的容抗弧半径大于45℃和85℃时的，阻抗模值也大于45℃和85℃时的。因此，75℃时试样的耐蚀性良好，磷化膜能起到保护基体的作用。

2.2 磷化液的pH值对磷化膜耐蚀性的影响

磷化液的pH值对金属磷化具有重要影响。一般情况下，在较强的酸性溶液中镁合金迅速溶解。因此，磷化液的pH值决定着镁合金磷化膜的质量。

控制磷化时间5 min，磷化温度75℃，考察磷化液的pH值对镁合金磷化膜耐蚀性的影响。得到的极化曲线和电化学阻抗谱，分别如图3和图4所示。根据Tafel原理，对极化曲线进行拟合。得到的电化学参数列于表2中。

由表2可知：当磷化液的pH值为2.5时，自腐蚀电流密度最小，阻抗最大，此时镁合金磷化膜的耐蚀性最好。

图3 不同pH值下所得磷化膜的极化曲线

图4 不同pH值下所得磷化膜的电化学阻抗谱

表2 不同pH值下所得磷化膜的电化学参数

2.3 磷化时间对磷化膜耐蚀性的影响

磷化时间对镁合金成膜有很大的影响。磷化时间短，磷化膜未完全形成，磷化膜疏松；磷化时间长，磷化膜被多余的酸离子溶解，磷化膜变松，晶体变粗糙，耐蚀性下降。

控制磷化液的pH值2.5，磷化温度75℃，考察磷化时间对镁合金磷化膜耐蚀性的影响。得到的极化曲线和电化学阻抗谱，分别如图5 和图6 所示。根据Tafel原理，对极化曲线进行拟合。得到的电化学参数列于表3中。

图5 不同磷化时间下所得磷化膜的极化曲线

图6 不同磷化时间下所得磷化膜的电化学阻抗谱

表3 不同磷化时间下所得磷化膜的电化学参数

由表3可知：当磷化时间为5min时，自腐蚀电流密度最小，阻抗最大，此时镁合金磷化膜的耐蚀性最好。

3 结论

在相同的处理液中，镁合金磷化最佳的工艺条件为：磷化温度75℃，磷化液pH值2.5，磷化时间5min。