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镁合金耐蚀性稀土转化膜的制备与室温快速沉积机制研究
摘要
本文采用惰性气体离子辅助沉积技术在镁合金表面上制备了稀土转化膜，分别使用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和电化学测试研究了膜层的结构和性能。结果表明，所制备的转化膜具有优异的耐蚀性和防氧化性能，在室温环境下可以快速沉积，并且沉积速率随离子束能量的提高而增加。本研究为进一步研究稀土转化膜在镁合金中的应用提供了重要基础。
关键词：稀土转化膜；镁合金；耐蚀性；惰性气体离子辅助沉积技术；室温快速沉积
Abstract
Inthispaper,rareearthconversioncoatingwaspreparedonthesurfaceofmagnesiumalloybyinertgasion-assisteddepositiontechnology,andthestructureandpropertiesofthecoatingwerestudiedbyscanningelectronmicroscopy(SEM),X-raydiffraction(XRD)andelectrochemicaltesting.Theresultsshowedthatthepreparedconversioncoatinghadexcellentcorrosionresistanceandanti-oxidationproperties,andcanbequicklydepositedatroomtemperature.Thedepositionrateincreasedwiththeincreaseofionbeamenergy.Thisstudyprovidesanimportantbasisforfurtherresearchontheapplicationofrareearthconversioncoatingsinmagnesiumalloys.
Keywords:Rareearthconversioncoating;magnesiumalloy;corrosionresistance;inertgasion-assisteddepositiontechnology;roomtemperaturerapiddeposition
1.引言
镁合金具有密度小、强度高、刚度大、导热性好等优点，因此在航空、汽车、电子等领域中得到广泛应用。然而，镁合金在使用过程中容易受到腐蚀和氧化的影响，降低了其使用寿命和性能。因此，为了提高镁合金的耐腐蚀性和防氧化性能，需要对其表面进行改性。
稀土元素具有优异的物理和化学性质，能够形成稀土转化膜，提高材料的耐腐蚀性和防氧化性能。采用化学转化和物理转化两种方法，均可在镁合金表面制备稀土转化膜。其中，惰性气体离子辅助沉积技术具有沉积速率快、成膜质量高、操作简便等优点，逐渐成为研究的热点。
本研究采用惰性气体离子辅助沉积技术，在镁合金表面制备了稀土转化膜。通过SEM、XRD和电化学测试研究了膜层的结构和性能，为进一步研究稀土转化膜在镁合金中的应用提供了重要基础。
2.实验部分
2.1材料与设备
实验所用的镁合金为AZ31B，化学成分如下表所示：
|元素|Mg|Al|Zn|Mn|
|----|---|---|---|---|
|质量分数/%|97.5|2.5|0.5|–|
实验设备为惰性气体离子辅助沉积装置，其中氧化物阴极用作靶材，稀土钆用作离子源。SEM为富士通SU8000型，XRD为PANalyticalX'PertPro型，电化学测试仪为Metrohm-AutolabMPG2型。
2.2实验过程
先将AZ31B镁合金表面用乙醇和丙酮清洗干净，然后放入惰性气体离子辅助沉积装置中进行表面改性。沉积过程中，使用氩离子轰击镁合金表面，以便于稀土钆的离子在表面得到沉积。随着气体离子能量的提高和离子束次数的增加，稀土转化膜的厚度会逐渐增加。最后，将制备好的样品分别进行SEM、XRD和电化学测试。
3.结果与讨论
3.1SEM结果
通过SEM观察，所制备的稀土转化膜表面平整，质地致密，形成了连续完整的膜层。
3.2XRD结果
通过XRD观察，可以明显看到稀土钆的存在，同时还能发现镁合金表面形成了一层氧化物和氢氧化物的混合物。这些物质的存在能够保护镁合金不受腐蚀。
3.3电化学测试结果
通过电化学测试研究了样品在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电位、电流密度和阻抗。结果表明，经过稀土转化膜处理的镁合金表现出了优异的耐蚀性和防氧化性能，其腐蚀电势明显下降，电流密度大幅度下降，并且阻抗增加，膜层不易破裂。
3.4室温快速沉积机制研究结果
随着离子束能量的提高，稀土转化膜的沉积速率逐渐增加。由于惰性气体离子具有高能量和惰性，能够实现表面原子的清理和离子的沉积，加快了膜层的