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镁合金表面处理工艺及有机防护涂层耐腐蚀性能

文档作者：移易，邵旭东，王李军，王留方，倪维良，朱亚君文档来源： 1.中海油常州涂料化工研究院 2.中国人民解放军驻370厂军事代表室		点击数：	更新时间： 2022年10月24日
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表面涂饰
Surface Finishing
镁合金表面处理工艺及有机防护
涂层耐腐蚀性能
Surface Treatment for Al-Mg Alloy and Anticorrosive Property of Organic
Protective Coatings
移易，邵旭东，王李军，王留方，倪维良，朱亚君
(1.中海油常州涂料化工研究院 2.中国人民解放军驻370厂军事代表室江苏常州213022)
镁合金和高温耐蚀镁合金；从表面改性的角度，应在镁合
摘要：为提高镁合金的耐腐蚀性能，研究了镁合
金的表面生成具有保护性能的膜或涂层，来提高和改善耐
金的化学转化膜技术原理、有机防腐涂装层次结构
蚀性能。通过冶金的方法降低杂质的含量，或者加入其他
及其涂膜防腐性能。结果表明该化学转化膜可以提
合金元素限制杂质的存在状态，提高镁合金的耐蚀性能，
高镁合金与有机涂层的结合力，同时配套复合有机
将会使镁合金的应用范围进一步扩大，但这种方法却仅限
涂层体系对镁合金有较好防护及耐腐蚀性能。
于添加稀土元素等少数几种元素，还未得到广泛的应用，
关键词：镁合金；表面处理；有机防护涂层；耐腐
不能满足工业要求。表面改性主要分为电化学法、化学法、
蚀
热加工法、高真空法和其他物理方法。一些新型的表面处
理方法如锡转化膜、激光表面处理、PVD(物理气相沉淀
法)、氮化铬涂层、镁合金表面沉积铝等方法也应运而生。
0引言
在众多镁合金防腐蚀的方法中，有机防护涂层以其施
镁合金是工业应用中最轻的金属工程材料，其密度低
工简单、经济适用、不受设备形状的约束以及具有一定的
(1.74g/cm),仅为铝的2/3、铁的1/4，比强度及比刚度高，
装饰效果而被广泛应用。所以开发出适宜镁合金的涂装体
具有阻尼减震与电磁屏蔽性能优良，散热性、导电性良好，
系是改善其防腐性能的经济而有效的方法。在镁合金防护
加工成型方便、易于回收利用及符合环保要求等诸多优
体系中，正确选择多层复合涂装体系是十分必要的。
点，在汽车、电子、航空航天、国防等领域有着重要的应
本文针对镁合金的前处理工艺及有机涂层防护涂层
用价值和广阔的应用前景，被誉为“21世纪的绿色工程材
技术对镁合金的耐腐蚀性能加以探讨。
料”。
镁合金具有极强的电化学活性，标准电极电位为
1镁合金表面处理技术-化学氧化（转化）膜
-2.37V,在潮湿、C02、CT的环境中易发生腐蚀钝化，在
处理
空气中能自然形成碱式碳酸盐，膜的防护性差。同时镁合
通过化学转化可以在镁合金基体表面形成由氧化物
金中含有的杂质元素、合金元素都容易使其在使用过程中
或金属盐构成的无机膜层，这层膜与基体具有良好的结合
产生电偶腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀等，大大限制了镁合
力，能阻止腐蚀介质对基体的侵蚀。这样的转化膜本身一
金材料的广泛应用21。
般不太致密，耐腐蚀能力并不太强，仅可用于短期大气腐
要提高金属镁的抗腐蚀能力，从设计合金和提高铸造
蚀的防护。但重要的是它可以为后续涂层打底，以增强镁
条件的角度，应降低杂质含量，添加合金元素，制造高纯
合金基底与后续涂层间的结合力。镁合金的化学转化膜按
涂料技术与文摘Coatings Technology&amp;amp;Abstracts
13
表面涂饰
Surface Finishing
溶液类型可分为铬酸盐系及无铬化学转化系，其中无铬转
3实验部分
化学转化系中应用最多的为磷化膜。
3.1原料和底材
环氧树脂E-51、901、621:工业级，蓝星新材料无
1.1铬酸盐化学转化膜
锡树脂厂；酚醛环氧固化剂(DPA)、环氧有机硅树脂：工业
铬酸盐处理即将工件浸入含铬酸或铬酸盐的溶液中，
级，中海油常州涂料化工研究院：铝粉：工业级，章丘市
通过金属表层的自身转化生成某些氧化物或盐类，使表面
金属颜料有限公司；8铸镁合金：工业级，东莞粤鲁特镁
得以钝化。膜中的六价铬可溶，有缓蚀性能，腐蚀时它还
业。
被还原为不溶性的三价铬离子而阻止腐蚀的进一步进行，
铬酸盐处理得到的表面膜有一定的自愈能力。
3.2有机涂层
虽然铬化工艺比较成熟，但该工艺过程产生有害的六
利用化学转化膜对镁合金进行表面处理，从镁合金的
价铬离子，废液不易处理，对环境造成污染。铬化工艺逐
防腐、耐高温、耐候性等基本要求出发，设计出防腐底漆、
渐被无铬转化工艺所替代已是必然的趋势。一个比较典型
面漆、罩光清漆3道涂层。
的铬化处理工艺为：甲苯/二甲苯除油一+碱洗(70~80℃，
10min)一→铬化、酸洗(70~80℃，10min)→重铬酸洗
3.3结果与讨论
(70~80℃，10min)→纯净水洗一→干燥老化。
3.3.1层间附着力
化学转化膜对镁合金的表面做了化学改性及钝化，并
1.2镁合金磷化化学转化膜
使表面变得粗糙，有利于防腐底漆与镁合金金属表面结
磷化是金属与稀磷酸或酸性磷酸盐溶液反应而形成
合。
磷酸盐保护膜的过程，是取代有毒铬酸盐处理的方法之
一。它在金属表面，通过化学反应生成一层非金属的、不
导电的、多孔的磷酸盐薄膜。此外，磷化膜还能使金属表
面由优良导体转变为不良导体，从而抑制了金属表面微电
池的形成，有效地阻得了涂层的腐蚀，可以成倍地提高涂
层的耐蚀性和耐水性，所以磷化膜己被公认为良好的涂层
基底。
赵明等对镁合金磷酸盐一高锰酸盐化学转化处理工
未化学处理的镁合金
化学转化后的镁合金
艺进行了研究，发现pH值为4、KHP04含量为150gL、
图1化学处理镁合金前后对比
KMn0含量为40g/L的处理液能显著提高镁合金表面的耐
腐蚀性能。磷化处理一般也是作为涂装处理的打底层。周
表1化学转化膜对镁合金表面附着力（拉开法）的影响
婉秋等将镁缓蚀剂加入锰盐和磷酸盐组成的体系中，在
涂装系统
附着力/MPa
破坏形式
AZ91D镁合金上获得了化学转化膜。
裸镁/防腐底漆
6.7
A(复合层界面间破坏)
典型的磷化处理工艺：脱脂及酸化氧化去皮→酸洗
化学转化膜防腐底漆
10
C(涂层底漆破坏)
(70~80℃，10min)+磷化处理→纯净水洗+干燥老化。
从镁合金表面处理的外观可以看出镁合金表面已经
有一层暗红色的化学转化膜（图1），从表1可以看出，防
2有机防护涂层
腐底漆在镁合金界面的附着力明显增强。镁合金与铬化层
有机防护涂层通常作为最后一道防护措施与其他防
层界面以化学键结合，底漆成膜获得良好附着力(10MPa)
腐蚀手段配套使用，应用广泛。该技术的关键是提高涂
是由涂料大量渗入铬化层，同时涂料干燥成膜后与铬化层
层的附着力和增强涂层的耐蚀性。底层表面粗糙度与涂层
产生很强的机械嵌合作用。
材料的性质决定着附着力和耐蚀性。有机涂层的保护作用
北京科技大学高瑾教授进行了镁、铬价键轨道理论的
是在金属机体和环境介质间充当阻挡层，阻碍水、离子、
探讨，如图2所示。
02、电荷传至机体，阻止腐蚀电路的形成。
从镁及铬的价键轨道可以看出，镁的轨道已经填满饱
有机涂层保护技术具有品种和颜色多样、适应性广、
和，其电子处于价键稳定状态，而铬离子则有空轨道。有
成本低、工艺简单的优点”。
机涂层中的羧基、羟基、基等官能团的孤对电子可以与
14
涂料技术与文摘
Coatings Technology Abstracts
表面涂饰
Surface Finishing
Cr:3s23p63d54s!
↑↑↑
↑_↑-↑↑_↑
Cr3+/Cr+:3s23p(3d3)
↑↓↑↓↑
Mg:2s22p63s2
↑↓↑↓↑
注：未填满的价键轨
道用”“表示
图2铬/镁价键轨道理论电子示意图
铬离子空轨道填合，在络合交联作用下使化学转化层/有机
20
涂层界面靠静电吸附作用而结合，提高了漆膜的附着力。
镁为非过渡金属，价键轨道电子均饱和，其吸附力比铬化
层对有机涂层基团上的孤对电子弱，所以镁合金直接涂覆
10
140
有机涂层难以形成较强的界面结合力，而化学转化膜可明
120
显增强其界面结合力。同时，铬化层自身的耐腐蚀性能及
一定的介质屏蔽作用，可以降低镁合金表面的反应活性，
延缓界面腐蚀引起的涂层破坏过程的发展。
40.
3.3.2有机涂层体系的设计
120
140
160
180
(1)防腐底漆在镁合金表面的耐腐蚀性能
固化温度/
在镁合金的防腐体系中，防腐底漆对镁合金的耐腐蚀
性能有着重要作用，根据镁合金实际的应用条件设计合理
图3DPA固化温度对漆膜固化程度、交联密度的影响
的防腐底漆至关重要。
镁属于碱土金属，防腐底漆作为贴近镁合金的防腐涂
层起协同作用1-13。针对镁合金工件的特点，本文选择铝
层必须以耐碱的涂料为基础，如聚乙烯醇、聚氨酯、烘烤
粉与环氧有机硅树脂体系作为面漆。铝粉采用闪光效果较
型酚醛树脂、环氧树脂等树脂体系。环氧树脂分子结构中
好的浮型级铝粉，树脂体系采用耐介质较好的环氧有机硅
所含的醚键（一0一）和羟基（一0H)都是强极性基团，这些基
树脂。
团可以使环氧树脂分子与基体（特别是金属）表面之间产生
清漆能够为铝粉漆提供光泽和保护层。鉴于铝粉面漆
很强的附着力。环氧涂层固化后，由于分子中含有稳定的
表面能小，清漆很难在其表面附着，利用相似相容原理，
苯环和醚键，分子结构较为紧密，对化学介质的稳定性较
清漆也选用环氧有机硅树脂体系，采用“湿一湿”喷涂工
好；因没有酯基，其耐碱性尤其突出，能长期满足酸碱腐
艺可获得性能优越、外观优良的复合有机涂层。
蚀环境的需要。所以，防腐底漆以环氧体系为主。
采用酚醛树脂与环氧树脂制备的漆膜，具有良好的防
3.4镁合金有机防腐涂层的性能
腐性能。采用高温固化的酚醛环氧体系，漆膜的交联密
对于镁合金防腐体系最重要的指标为涂层的耐盐雾
度高，能阻止腐蚀电流的形成。
性能。图4为镁合金经表面处理后的照片。图5为经3道
本文设计出烘烤固化温度在150~180℃的酚醛环氧
涂层涂装后照片。图6为镁合金复合有机涂层经1000h
底漆。利用丁酮擦拭实验评估漆膜的固化程度、交联密度
耐盐雾后的照片。
和防腐性能。
由图3可以看出，在温度低于150℃时漆膜为假干
状态，丁酮擦拭160次后漆膜变软或者漆膜被擦破；当温
度高于155℃时耐丁酮擦拭次数200次漆膜无变化，说明
漆膜固化完全。
(2)面漆及清漆的选择
面漆不仅起装饰作用而且必须具备一定的防护作用，
同时面漆与底漆应具有良好的兼容性能，与其他的有机涂
图4经表面处理后镁合金工件
涂料技术与文摘Coatings Technology&amp;amp;Abstracts
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表面涂饰
Surface Finishing
图5复合涂层涂装的镁合金工件
图6经过1000h盐雾试验的镁合金工件
由图6可以看出，经过1000h耐盐雾试验后，漆膜
无明显变化。镁合金防腐涂层的性能见表2。
表2镁合金复合有机涂层耐腐蚀性能指标
测试项目
技术性能
测试标准
耐盐雾(1000h)
无腐蚀、漆膜无变化
GB/T1771-1991
耐湿热(1000h)/级
1
GB/T1740-79(89)
耐水[(50±2)℃，100h]
涂层无剥落、漆膜无变化
GB/T1733-1993
铅笔硬度
2H
GB/T6739—1996
附着力/级
1
GB/T9286-1998
耐RP-3燃油[(70±2)，100h]
不起泡、不变软
GB/T9274—1988
耐4050合成润滑油[(150±2)℃，100h
不起泡、不变软
GB/T9274—1988
耐YH-12液压油[(70±2)，3h]
不起泡、不变软
GB/T9274-1988
耐甲醇[(25±1)，100h]
不起泡、不变软
GB/T9274-1988
耐甲醇/水溶液[(25±1)，100h]
不起泡、不变软
GB/T9274-1988
耐5%H2S04,[(25±1)，100h]
漆膜无变化
GB/T9274-1988
耐5Na0H,[(25±1)，100h]
漆膜无变化
GB/T9274-1988
耐热性(180±5)℃，100h]
不起泡、不脱落
GB/T1735—2009
再进行500g划痕试验
不穿透漆膜、无>1mm锯齿状边缘
GB/T9279-1988
[6]李卫平，朱立群.镁及其合金表面防护性涂层国外研究进展
4结语
[J].材料保护，2005,38(2)：41-46.
利用化学转化膜对镁合金进行表面处理，从镁合金的[7]JONES L E,WERT M D,RIVERA J B.Method and composition
防腐、耐高温等基本要求出发设计出防腐底漆、面漆、罩
for treating metal surfaces[P].US Pat:5859106,1999.
光清漆3层有机涂层，并评价了有机涂层体系的防腐性能。
[]高瑾，涂运驿，李久青。镁合金涂装保护体系失效特性及铬
酸盐转化膜的影响[J].腐蚀科学与防护技术，2005,17(3)：
参考文献
169-171.
[1]慕伟意，奚正平.镁合金的应用及其表面处理研究进展[J].
[9]查吉利，龙思远，宋东福，等.镁合金预处理对其表面有机
表面技术，2011,40(2)：86-90.
涂层耐蚀性的影响[J].材料保护，2010,47(3)：63-65.
[2]古坤明.镁合金表面技术研究进展[J].化学工程与装备，
[10]朱立群，李雪源。发动机镁合金件改性硅溶胶防护涂层的研
2010,(1):147-150.
究[J].材料保护，2002,35(2)：17-18.
[3]倪维良，邵旭东，王留方，等.镁合金防腐表面处理与涂层
[11]GRAY J E.Protective Coatings on Magnesium and its Alloys
技术研究进展[J].涂料工业，2012,427)：75-77.
a Critical Review[J].Journal of Alloys and Compounds,
[4]赵明，吴树森，罗吉荣，等。镁合金磷酸盐一高锰酸盐化学
2002,33(6):88-113.
转化处理工艺研究[J].特种铸造及有色合金，2005,25(6)：
[12]朱立群，刘孟兰，李雪源，飞机发动机用梯度封严涂层的研
328-329.
究[J].材料工程，2001，(2)：34-35.
[5]周婉秋，单大勇，压铸AZ91D镁合金磷酸盐化学转化膜及其
[1 3]MU WY,H AN Y.Characterization and Properties of the MgF:
耐蚀性研究[C]/2002年中国材料研讨会，北京：中国材料的
/ZnO:Composite Coatings on Magnesium Prepared by Micro
研究会，2002,738-743.
arc Oxidation[J].Surface and Coatings Technology,2008,
202:4278-4284.
16
涂料技术与文摘Coatings Technology&amp;amp;Abstracts

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