提高鎂鋰合金耐腐蝕性能的研究現(xiàn)狀

付琴 姜炳春

摘要：鎂鋰合金因其輕質(zhì)性和良好的機械加工性能，被廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域。但由于其抗腐蝕能力較差，在航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，主要綜述了提高鎂鋰合金耐腐蝕性能的方法，并展望了鎂鋰合金未來的研發(fā)方向。

關(guān)鍵詞：鎂鋰合金 耐腐蝕性能 化學(xué)轉(zhuǎn)化膜 陽極氧化 氣相沉積

0. 前言

鎂鋰合金的密度約為1.35～1.65 g/ cm3，是目前存在的最輕質(zhì)的合金[1]，比玻璃橡膠等許多有機物及有機物還輕。鎂鋰合金具有優(yōu)良的阻尼性、機械加工性，極高的比強度和比剛度，在3C產(chǎn)品、醫(yī)療器械、航空航天等領(lǐng)域得到普及。

雖然鎂鋰合金性能優(yōu)良，但是加入Li元素后，合金中形成第二相，導(dǎo)致鎂鋰合金的耐腐蝕性能隨著Li元素的增加而降低。提高鎂鋰合金的耐腐蝕性能，是使其得到普遍應(yīng)用的前提。本文對近年來提高鎂鋰合金耐腐蝕性能的研究做了評述，并展望其發(fā)展趨勢。

1. 化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)

化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)是指金屬與溶液中的離子發(fā)生反應(yīng)后，在基體表面生成的與基體結(jié)合良好的化學(xué)隔離層[2]。傳統(tǒng)的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜技術(shù)中，涉及到的六價鉻具有毒性[3]，故現(xiàn)在的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜主要采用無鉻工藝?，F(xiàn)階段在鎂鋰合金表面制備的無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化膜主要有：錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜、磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜、植酸轉(zhuǎn)化膜、稀土轉(zhuǎn)化膜等[4]。

1.1 錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜

張春紅[5]等在鎂鋰合金表面形成了錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜并研究其耐腐蝕性能。研究結(jié)果表明：該膜的主要成分是MgSnO3，膜層表面由球形的均勻顆粒組成;成膜時間為45min時，獲得的轉(zhuǎn)化膜最為致密，耐腐蝕性最佳。

張華[6]等在鎂鋰合金表面采用含有錫酸鈉（ Na2[ Sn（ OH）6]）和磷酸二氫鉀（ KH2 PO4）的轉(zhuǎn)化液，獲得錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜，獲得的膜層均勻、連續(xù)，主要由 MgSnO3、 Mg3（ PO4）及 SnO構(gòu)成，該膜層的抗腐蝕能力明顯優(yōu)于基體。

1.2 磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜

江溪[7]等在鎂鋰合金表面形成磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜并研究其耐腐蝕性能。研究結(jié)果表明：室溫條件下，9 min時獲得的膜層最好，該膜層使鎂鋰合金的腐蝕電位正移，腐蝕電流降低，析氫速率液大大降低，較大程度地提高了鎂鋰合金的耐腐蝕能力。

1.3 植酸轉(zhuǎn)化膜

植酸（又稱肌醇六磷酸酯），是從糧食中提取出來的一種天然無毒的有機磷酸化合物。植酸與金屬絡(luò)合時，能夠形成穩(wěn)定性極強的絡(luò)合物，故現(xiàn)在很多研究用植酸代替有毒的鉻酸鹽來制備化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。

高麗麗[8]等采用植酸作為化學(xué)轉(zhuǎn)化處理液對鎂鋰合金表面進(jìn)行處理，獲得的膜層均勻細(xì)致且膜上覆蓋白色不規(guī)則的花絮狀顆粒。試驗結(jié)果表明，與鉻酸轉(zhuǎn)化膜比較，植酸轉(zhuǎn)化膜的腐蝕電位正向移動，析氫速率大大降低，說明植酸轉(zhuǎn)化能有效提高鎂鋰合金的抗腐蝕能力。

王麗萍[9]等先在鎂鋰合金表面利用微弧氧化技術(shù)制備出陶瓷膜，然后通過在基本電解液中添加植酸的方法，將植酸引入陶瓷膜中并對膜層的性能進(jìn)行研究。試驗結(jié)果表明：陶瓷膜的厚度隨著植酸濃度的增加而增加，陶瓷膜的表面質(zhì)量逐漸改善。當(dāng)植酸的質(zhì)量濃度為4g/L時，所制備出來的陶瓷膜具有最佳的耐腐蝕性能。

1.4 稀土轉(zhuǎn)化膜

稀土鹽，尤其是鈰和鑭鹽是有效的腐蝕抑制劑，對鋼鐵、不銹鋼、鋁及其合金等表現(xiàn)出優(yōu)良的防護(hù)效果[10]。

楊黎暉[11]等在鎂鋰合金表面制備稀土鑭轉(zhuǎn)化膜，使用的處理液以La（NO3）3為主要成分，并確定了最佳成膜工藝。實驗結(jié)果表明，成膜后，腐蝕電勢大約升高280 mV，腐蝕電流相對于合金基體降低了兩個數(shù)量級，極大地提高了鎂鋰合金的耐腐蝕性能。

2. 陽極氧化

陽極氧化屬于電化學(xué)氧化，指金屬在外加電流的作用下，在陽極形成氧化膜的過程。早在20世紀(jì)90年代，印度科學(xué)家在含有K2Cr2O7和（NH4）SO4的電解液中，制備出黑色的陽極氧化膜。

董國軍[12]等采用陽極氧化技術(shù)在Mg -Li -Al -Y -Ce 合金表面獲得了均勻致密的白色陽極氧化膜。研究結(jié)果表明：該陽極氧化膜的最佳成膜工藝為 ：50 g/ L NaOH，40 g/ L Na2 SiO3·9 H2 O，20 g/ L Na2 B4 O7·10 H2 O，40 g/ L C6 H5 Na3 O7·2 H2 O，電流密度10 mA/ cm2，氧化時間20 min。在該工藝條件下，合金基體的耐腐蝕性能得到了明顯提高 。

常立民[13]等以氨基乙酸為添加劑，在鎂鋰合金表面制備氧化膜并研究其性能，研究結(jié)果表明：氧化膜主要由氧化鎂（MgO）、氫氧化鎂（Mg（OH）2）和氫氧化鋰（LiOH）構(gòu)成;質(zhì)量濃度為6g/L的氨基乙酸，制備出氧化膜抗腐蝕能力最強。

3. 氣相沉積

氣相沉積技術(shù)是物質(zhì)從氣態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變的過程中，在基體表面形成涂層的過程。氣相沉積技術(shù)的優(yōu)點是沉積速率高、沉積溫度低，非常適合在鎂及鎂合金表面制備涂層。

曹得莉[14]等使用磁控濺射法在 Mg- Li合金表面沉積 Ti/ TiN復(fù)合薄膜，獲得的薄膜厚度約為1.6 um，復(fù)合薄膜的腐蝕電位與鎂鋰合金基體相比正向移動62 mV，腐蝕電流下降一個數(shù)量級，析氫速率也大幅降低，說明復(fù)合薄膜提高了基體的抗腐蝕性能。

4. 其他表面處理技術(shù)

4.1 冷噴涂技術(shù)

陳金雄[15]等采用冷噴涂技術(shù)在AZ31鎂合金表面制備純Al涂層和Al-50 Al2O3復(fù)合涂層并研究其性能。結(jié)果表明： Al-50 Al2 O3復(fù)合涂層組織更致密，孔隙率更低，自腐蝕電流密度與基體相比，降低了3個數(shù)量級，大幅提高了基體的抗腐蝕能力。

4.2 激光熔覆技術(shù)

吳文妮[16]采用激光熔覆技術(shù)，在AZ31鎂合金基體上制備出316L涂層以及SiC-316L復(fù)合涂層并研究其性能。研究結(jié)果表明：熔覆層與基體之間結(jié)合良好，涂層的腐蝕速率約為AZ31鎂合金基體的一半。

5. 未來研發(fā)展望

雖然已有的研究已經(jīng)在一定程度上提高了鎂鋰合金的抗腐蝕能力，但是這方面的研究還需要從以下兩個方面進(jìn)行優(yōu)化和深入。

（1）鎂鋰合金表面成膜技術(shù)，需要深入研究成膜機理和腐蝕機理，從電化學(xué)、動力學(xué)、能量遷移等方面進(jìn)行深入。

（2）所做的研究要考慮到成本，盡量地貼合實際應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 余清遠(yuǎn). 新型超輕Mg-Li-Al-Gd合金制備及組織性能研究[M]. 2014

[2] 張麗麗. AZ31鎂合金雙稀土轉(zhuǎn)化膜的制備及其性能研究[M]. 2008

[3] 常立民，王鵬，劉長江. 氨基乙酸對鎂-鋰合金陽極氧化膜的影響[J]. 電鍍與環(huán)保， 2010，30（3）：26-29

[4] 金和喜，王日初 等. 鎂合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜研究進(jìn)展[J]. 中國有色金屬學(xué)報. 2011（9）

[5] 張春紅，劉建強. 鎂鋰合金表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜研究[J]. 電鍍與涂飾. 2008，27（10）

[6] 張華，王淑蘭. Mg-10Li-1Zn合金錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的制備及其耐蝕性能研究[J]. 輕合金加工技術(shù). 2007，35（12）

[7] 江溪，張春紅. 鎂鋰合金表面磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜研究[J]. 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報. 2010，31（3）

[8] 高麗麗，張春紅. 鎂鋰合金無鉻植酸化學(xué)轉(zhuǎn)化膜研究[J]. 功能材料. 2008，39（7）.

[9] 王麗萍，徐用軍，姚忠平. 植酸對鎂鋰合金微弧氧化膜的影響[J]. 材料導(dǎo)報. 2012，26（z1）

[10] 吳文妮. AZ31鎂合金表面激光熔覆的研究[M]. 2014