D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2005.02.052 第27卷第2期 北京科技大学学报 VoL27 No.2 2005年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2005 镁合金微弧氧化-涂装体系的研究 刘元刚张巍高瑾涂运骅李久青 北京科技大学材料科学与工程学院，北京，100083 摘要提出了一种镁合金微弧氧化膜/有机涂层的镁合金防护体系，在以硅酸钠为主的复 合溶液中，利用双向对称脉冲电压在阴、阳极镁合金表面同时微弧电沉积陶瓷膜，利用盐雾 实验比较了以镁合金微弧氧化膜为基底并涂覆环氧底漆和聚胺脂丙烯酸面漆的试样与镁合 金/微弧氧化膜/有机硅、镁合金/微弧氧化膜/溶胶凝胶涂装试样的耐蚀性，并利用盐雾实验与 交流阻抗谱相结合跟踪对比分析了镁合金/有机涂层、镁合金/铬酸盐转化膜/有机涂层、镁合 金/微弧氧化膜/有机涂层的屏蔽性能.结果表明：采用溶胶凝胶、有机硅和有机涂层对微弧氧 化膜进行涂装的方法均可进一步提高镁合金的耐蚀性，其中镁合金/微弧氧化膜/有机涂层试 样可承受480以上的中性盐雾实验，且其介质屏蔽性能优于镁合金/有机涂层和传统的镁合 金/铬酸盐转化膜/有机涂层防护体系. 关键词镁合金；做弧氟化；涂装：交流阻抗谱 分类号TG174.44 镁合金因具有密度低、比强度高、消震性好、 (2)铸造镁合金件难以避免的表面缺陷和大 电磁屏蔽性高、易切削加工、可回收利用等优点 量的孔洞给表面涂装造成一定的困难) 而在航空、航天、汽车、电子、通讯等行业得到了 (3)镁合金在高温下的抗蠕变性能普遍很差， 广泛应用，21世纪将是镁合金材料飞速发展的时 如Mg-A-Si系与Mg-AI-RE(稀土)系合金使用温 代.但是，镁的电极电位低(-2.34V,并且氧化 度上限分别为150℃和175℃，限制了传统高温 膜琉松(MgO/Mg的PB比=0.81)，镁合金还存在 烘烤漆在某些镁合金上的应用， 负差数效应，使镁及镁合金有极高的化学和电化 因此，在镁及镁合金表面要获得高附着性、 学活性，耐蚀性差，严重地限制了镁及镁合金的 强耐蚀性和漂亮外观的涂层，正确选择多层涂装 应用-0 体系的基底是十分必要的.微弧氧化可以在金属 目前，镁及镤合金的表面处理有很多方法， 表面上生成多孔的陶瓷膜，提高涂层与基体金属 如电化学沉积金属镀层、化学转化膜、阳极氧化、 的结合力，具有十分广泛的用途.笔者研究发现， 氢化物涂层、激光辅助处理和有机涂层保护山. 在硅酸钠的复合溶液中，当阴、阳极试样均为镁 在众多的防腐措施中，有机涂层保护技术工艺简 合金时，采用双向对称脉冲电压对其进行微弧氧 单，成本低廉，商业应用前景好四.但是，镁合金 化时，可以同时在阴、阳极镁合金上微弧电沉积 自身的电化学活性以及铸造导致的缺陷等因素 硅酸盐陶瓷膜，其表面均匀、致密，无宏观缺陷， 给传统涂料在镁合金上的单层直接涂装带来了 性能优于直流及单向脉冲电压所得到的微弧氧 很大的困难，主要表现为以下几个方面： 化膜4，均，和传统的铬酸盐转化膜相比，双向对称 (1)合金的高电化学活性，一遇到空气或水就 脉冲电压阴、阳极微弧氧化膜具有环境友好、介 会在表面形成对涂层粘结性和均匀性有破环作 质屏蔽性高等特点，可作为镁合金有机涂层保 用的氧化物/氢氧化物薄膜. 护体系的优良基底，进而提出了一种镁合金/微 收稿日期：200405-10修回日期：20040901 弧氧化膜/有机涂层的涂装体系，从而可能替代 基金项目：国家自然科学基金资助项目No.50122118) 传统的对环境污染严重的镁合金/铬酸盐转化膜/ 作者简介：刘元刚(1979一)，男，博士研究生 有机涂层的防护体系.第 2 7 卷 第 2 期 2 0 0 5 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n iv e r s iyt o f S e i e n e e a n d eT e h n o l o gy B e ij i n g 丫心1 . 2 7 N o 一 2 A P .r 2 0 0 5 镁合金微弧氧化一涂装体系 的研究 刘 元 刚 张 巍 高 瑾 涂运胖 李久 青 北京科 技大 学材 料科 学与 工程 学 院 , 北 京 , 10 0 0 8 3 摘 要 提 出 了一种 镁合 金 /微 弧氧 化 膜 /有 机涂 层 的镁合 金 防护 体系 . 在 以硅酸 钠为 主 的复 合溶 液 中 , 利 用双 向对 称脉 冲 电压 在 阴 、 阳 极镁 合金 表面 同 时微 弧 电沉 积 陶瓷 膜 . 利 用 盐雾 实验 比 较 了以镁合 金 微弧 氧化 膜 为基底 并涂 覆 环氧底 漆 和聚 胺脂 丙烯 酸面 漆 的试样 与镁 合 金 /微 弧氧 化膜 /有机硅 、 镁合 金 /微 弧氧 化膜 /溶胶 凝胶涂 装试 样 的耐蚀性 , 并利 用盐 雾实验 与 交流 阻抗 谱相 结合 跟踪 对 比 分 析 了镁 合 金 /有 机涂 层 、 镁 合金 /铬 酸盐 转化 膜 /有 机涂层 、 镁 合 金 /微弧氧 化膜 /有机 涂层 的屏 蔽性 能 . 结 果表 明 : 采用 溶 胶凝胶 、 有机 硅和 有机涂 层对 微 弧氧 化膜 进行 涂装 的方法 均 可进 一步 提高镁 合 金 的耐蚀 性 , 其 中镁合 金 /微 弧氧 化膜 /有机 涂层 试 样可 承 受 4 8 0 h 以上 的 中性盐 雾实验 , 且其 介质 屏蔽 性 能优 于镁合 金 /有 机涂 层和 传统 的镁 合 金 /铬 酸盐 转 化膜 /有机 涂层 防 护体 系 . 关键 词 镁合 金 ; 微 弧氧化 ; 涂 装 ; 交流 阻抗 谱 分 类号 T G 1 74 . 4 4 镁 合 金 因具 有密 度低 、 比强 度 高 、 消 震性好 、 电磁 屏 蔽性 高 、 易 切削 加 工 、 可 回 收利 用 等优 点 而在 航 空 、 航天 、 汽 车 、 电子 、 通 讯 等行 业 得 到 了 广泛 应用 , 21 世纪将 是 镁合 金材料 飞速 发展 的 时 代『卜 5] . 但 是 , 镁 的 电极 电位低 ( 一 .2 34 V ) , 并 且氧 化 膜 疏松 (M g O舰g 的 P B 比 二 0 . 8 1) , 镁合 金 还存 在 负差 数效 应 , 使 镁及 镁 合金 有极 高 的化 学和 电化 学 活性 , 耐蚀 性 差 , 严 重 地 限制 了镁及 镁 合金 的 应用 〔-6 10] . 目前 , 镁及 镁 合 金 的表 面处 理 有很 多方 法 , 如 电化 学沉 积金 属镀层 、 化 学转化 膜 、 阳极氧 化 、 氢 化物 涂 层 、 激 光辅 助 处 理和 有 机涂 层 保 护 ” 1] . 在众 多 的防 腐措 施 中 , 有机 涂层 保护 技 术工 艺简 单 , 成 本低 廉 , 商业 应 用前 景 好 『12 . 但 是 , 镁 合金 自身 的 电化 学 活 性 以及铸 造 导 致 的缺 陷 等 因素 给 传 统涂料 在 镁 合 金 上 的单 层 直 接 涂 装 带 来 了 很 大 的 困难 , 主 要 表现 为 以下几 个 方面 : ( l) 合 金 的高 电化学 活 性 , 一遇 到空 气 或水 就 会 在 表 面 形 成对 涂 层 粘 结 性和 均 匀 性 有 破 环 作 用 的氧 化 物 /氢 氧化 物薄 膜 . 收稿 日期 : 2 0 0 4 一 0 5 一 10 修 回 日期 : 2 00 4一9刁1 基 金项 目 : 国家 自然科学基 金 资助 项 目困认 5 01 2 1 18) 作者 简介 : 刘 元 刚( 19 79 一 ) , 男 , 博 士研究 生 (2 ) 铸造 镁 合金 件 难 以避 免 的表 面 缺 陷和 大 量 的孔 洞给 表 面涂 装 造 成一 定 的 困难『13J . (3 )镁 合 金在 高温 下 的抗蠕 变 性能 普遍 很差 , 如 Mg e 几 A I一iS 系 与 M g一1 - R卫 (稀 土 )系 合 金使 用温 度 上 限分 别 为 150 ℃ 和 17 5 ℃ , 限制 了传 统高温 烘烤 漆 在某 些 镁 合金 上 的应 用 . 因此 , 在 镁 及镁 合 金 表面 要 获得 高 附着 性 、 强耐 蚀性 和漂 亮 外观 的涂 层 , 正确 选择 多层涂 装 体系 的基 底 是十 分必 要 的 . 微 弧 氧化 可 以 在金 属 表 面上 生成 多孔 的 陶瓷膜 , 提高 涂层 与基 体金 属 的 结合 力 , 具有 十分 广泛 的用 途 . 笔者 研 究发现 , 在硅 酸 钠 的复 合 溶液 中 , 当 阴 、 阳 极试 样 均 为镁 合金 时 , 采 用双 向对 称脉 冲 电压 对其进 行 微弧 氧 化 时 , 可 以同 时在 阴 、 阳极镁 合 金上 微 弧 电沉 积 硅 酸盐 陶 瓷膜 , 其 表 面均 匀 、 致密 , 无 宏 观缺 陷 , 性 能 优 于直 流 及 单 向脉 冲 电压 所 得 到 的微 弧 氧 化 膜〔l4, ’ 5, . 和传 统 的铬 酸 盐转 化膜 相 比 , 双 向对 称 脉 冲 电压 阴 、 阳极 微 弧氧 化膜 具 有环 境 友好 、 介 质 屏蔽 性 高等 特 点 , 可作 为 镁合 金 /有 机涂 层 保 护 体系 的优 良基 底 , 进 而 提 出 了一 种镁 合 金 /微 弧 氧化 膜 /有 机 涂层 的涂装 体 系 , 从而 可 能替 代 传 统 的对环 境污 染严重 的镁合 金 /铬 酸盐 转化 膜 / 有 机涂 层 的防护 体 系 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 02. 052