镁合金表面钇盐转化膜的制备工艺研究

陈荣飞 邹忠利＊

（北方民族大学材料科学与工程学院，宁夏 银川 750021）

0 引言

稀土元素具有独特的4f 亚电子层的原子结构，在光学、磁学、电子、陶瓷、化工、储能以及医药生物等领域前景广阔[1]。 在金属防护领域，以稀土盐为主要成膜物质的稀土化学转化膜是一种简单、 环保的表面防腐技术，它的耐蚀性能良好，在近四十年受到研究者的广泛关注[2]。目前人们研究最多的是轻稀土元素，如铈盐、镧盐，开发出了不同的化学转化技术，不仅包括单一稀土盐转化，还包括双稀土盐转化、复合稀土转化等[3]。为了拓展稀土元素的应用范围， 一些研究者开始研究其他稀土盐转化膜，如杨雨云[4]、李玲莉[5-6]等人对钇盐、钕盐、钐盐和镨盐等稀土元素进行了探索，赵丁藏等人[7]对钕基转化膜进行了研究。从研究结果看，其他稀土盐作为成膜主剂可以赋予金属一定的防护性能。 笔者所在课程组长期从事镁合金化学转化膜的研究， 特别是钇盐转化膜方面，取得了一定的研究成果[8-9]。在此基础上，笔者对镁合金表面钇盐转化膜的成膜工艺进行了研究， 重点考察了钇盐浓度对转化膜耐蚀性的影响。本文的研究对于镁合金表面新型防护技术具有明显的科学意义和实践应用价值。

1 实验方法

1.1 镁合金试样预处理

试验采用AZ31B 镁合金板材，尺寸为2 cm×2 cm×0.1 cm。 试样首先在碱性除油液中进行脱脂除油，水洗后酸性除锈，再次用去离子水漂洗干净。

1.2 化学转化膜的制备

实验工艺配方为硝酸钇5 g/L，高锰酸钾10 g/L，氟化钠 4 g/L，pH 为 3。 将表面洁净的 AZ31B 镁合金采用浸渍法进行转化成膜， 然后鼓风吹干后在80℃进行烘干处理，时间60 min。

1.3 测试方法

试验采用金相显微镜观察膜层的表观形貌；采用上海辰华的CHI660E 电化学工作站进行测试， 测试溶液为室温条件下的3.5%NaCl 溶液， 采用三电极体系，以AZ31B 镁合金为工作电极，铂片作为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，测试面积为1 cm2。

2 结果与讨论

2.1 表观形貌

处理前后镁合金试样的金相显微照片如图1 所示。

由图可见成膜后的镁合金样品表面呈暗褐色且金属光泽消失，表面存在明显的腐蚀痕迹，可见一层薄薄的氧化膜附着在镁合金基体表面。

2.2 钇盐浓度的影响

图1 处理前后镁合金试样的金相照片

为了直观考察硝酸钇浓度对镁合金表面钇盐转化膜耐蚀性的影响。实验配制了不同浓度的钇盐转化液分别成膜，采用电化学工作站测试试样的自腐蚀电流密度， 绘制硝酸钇浓度-自腐蚀电流关系曲线如图2 所示。

图2 不同钇盐浓度获得镁合金试样的自腐蚀电流密度曲线

镁合金转化膜试样的自腐蚀电流密度越低，说明耐蚀性能越好。由图可知当钇盐浓度为4 g/L 时，镁合金的自腐蚀电流密度降到最低，此时镁合金钇盐转化膜的耐腐蚀性能达到最好。

采用电化学工作站对钇盐最佳添加量获得的转化膜试样进行Tafel 极化曲线测试，结果如图3 所示。

通过钇盐转化处理前后镁合金的Tafel 极化曲线比较可知，镁合金的电极电位由处理前的-1.2 V 左右增加到-0.2 V 左右，自腐蚀电流密度大大降低，充分说明钇盐转化膜可以有效增强镁合金试样的耐蚀性。

图3 钇盐转化处理前后镁合金的Tafel 极化曲线

3 结论

镁合金表面采用钇盐转化液进行化学转化成膜能够在其表面生成防护性能良好的膜层。通过外观检验和电化学测试结果表明，经过钇盐处理后的镁合金试样表面呈暗褐色，最佳的钇盐添加浓度为4 g/L，此时自腐蚀电流密度最小。