微弧氧化/自组装/金属复合涂层的防腐蚀性能及其沉积机理研究

Corrosion protection technology for magnesium alloy is one of the key factors to promote magnesium industry turning resource advantage into economic advantage in our country. The purpose of this project is to prepare micro-arc oxidation/self assembly/metal composite coatings on AZ91 magnesium alloy base on the micro-porous structure of micro-arc oxidation coating、bidirectional chemical bonding and high density packing characteristics of self assembly membrane、high protection and high abrasion resistance of nickel coating. The structural configuration、molecular arrangement and interface bidirectional bonding mechanism of γ-mercapto propyl trimethoxy silane will be investigated by SEM、XRD、AFM、XPS、IR、UV、EIS、EN、polarization curve、salt spray test、Gaussian and MS calculation software. The microstructure model of composite coatings and special sedimentation mechanism of chemical plating nickel layer on self-assembled membrane will be built. The anti-corrosion mechanism of composite coatings will be revealed by analysing corrosion expansion process of the composite coatings and establishing equivalent circuit model. The investigations of this project have important theoretical significance and practical value for further improving the comprehensive protection properties of magnesium alloy, and devising and producing of magnesium alloy parts in metallurgy、chemical equipment、automobile、electronics and other fields.

镁合金的腐蚀防护技术是促进我国镁业将资源优势转化成经济优势的关键因素之一。本项目基于镁合金微弧氧化膜的微孔结构特点、自组装膜的双向化学键合和高密度堆积特性以及镍金属涂层的高防护、高耐磨的技术优势，于AZ91镁合金表面制备微弧氧化/自组装/金属复合涂层。利用SEM，XRD，AFM、XPS、IR、UV等物理表征和盐雾、电化学阻抗谱、电化学噪声、极化曲线等测试并结合Gaussian和MS计算软件，研究γ-巯丙基三甲氧基硅烷分子结构构型、排列方式以及界面双向键合机制，建立复合涂层的微观结构模型和自组装膜上化学镀镍层的特殊沉积机理。分析复合涂层的腐蚀扩展过程，建立其等效电路模型，揭示该复合涂层的防腐蚀作用机理。项目研究对进一步提高镁合金的综合防护性能以及冶金、化工设备、汽车、电子等领域的镁合金部件的设计和生产具有重要理论意义和应用价值。

镁合金的耐蚀性问题是制约其在工业应用中的主要因素，表面涂层技术是一种有效的防腐蚀方法，但由于单一膜层有很多的不足，制备防护性能更优异的复合涂层十分关键。本项目基于镁合金微弧氧化膜的微孔结构特点、自组装膜的双向化学键合和高密度堆积特性以及镍 金属涂层的高防护、高耐磨的技术优势，于AZ91镁合金表面制备微弧氧化/自组装/镍复合涂层并测试了相关性能。讨论了微弧氧化膜的孔隙率以及自组装膜的疏水性对复合涂层成膜的影响，研究了自组装分子和镍原子、金属氧化物之间的键合效果以及化学镀镍的沉积机理，建立了镍沉积过程模型以及复合涂层腐蚀过程模型，揭示了该复合涂层对AZ91镁合金的防腐蚀作用机理。研究结果表明：镁合金表面所制备的微弧氧化/自组装/镍三层复合涂层表面形貌致密，几乎没有微孔，粗糙度小，层与层之间为化学键合，结合力好，三层复合涂层的腐蚀电流密度下降到5.047×10-8A·cm-2，与基体相比下降了三个数量级，并具有较大的电化学阻抗值，耐蚀性好。随着自组装层疏水性的增加，复合涂层对镁合金基体的防护能力依次变弱，亲水性自组装膜层更有利于化学镀镍，而底层微弧氧化膜的孔隙率对复合涂层成膜影响不大。化学镀镍的沉积机理为以初生态的还原性[H]自催化还原的沉积过程，镍的生长方式是以垂直于界面的生长速度小于平行于界面方向的生长速度的胞状三维方式生长。该三层复合涂层在氯化钠腐蚀介质中的腐蚀过程分为三个阶段，在初始腐蚀阶段复合涂层的表面形成了一层保护性金属氧化物提高了涂层的耐蚀性，在中期腐蚀阶段涂层表面出现少量腐蚀孔导致耐蚀性能下降，在后期腐蚀阶段化学镀镍层全面腐蚀并产生大量的腐蚀产物。项目研究结果对进一步提高镁合金的综合防护性能以及扩展镁合金的应用领域具有重要的理论和指导意义。