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AZ31镁合金钼酸盐转化膜制备及性能研究
摘要：
随着现代工业的不断发展，轻质高强的材料需求急剧增加，镁合金就是其中一种重要的材料。然而，镁合金表面的腐蚀问题一直是困扰着该材料应用的难题之一。为此，本研究利用钼酸盐转化膜技术，在AZ31镁合金表面制备了一层紫色转化膜。通过扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱仪（EDS）、谱图仪和电化学测试等手段，系统研究了该膜层的成分、微观形貌、电化学性能和腐蚀对抗性能。结果表明，该膜层由{MoO2(OH)2}2−、{Mo2O7}2−等多种钼酸盐组成，具有良好的致密性和覆盖性，能够有效保护AZ31镁合金表面免受腐蚀侵蚀。同时，经过盐雾喷淋测试和动电化学测试后，证明该膜层具有优异的防腐蚀性能。此外，研究还发现，膜层的防腐蚀性能与转化膜制备时间、转化膜组成和粗糙度有关。因此，研究结果对于镁合金表面防腐蚀材料的开发和优化具有重要意义。
关键词：AZ31镁合金；钼酸盐转化膜；防腐蚀性能；电化学测试
引言：
AZ31镁合金具有轻质、高强度、抗震性好等优点，因此在航空航天、汽车、电子、船舶制造等领域得到了广泛应用。但是，镁合金表面容易被环境中的氧化物、盐、酸和碱等化学物质腐蚀，导致材料性能下降，甚至失效。因此，开发一种高效可靠的表面防腐蚀技术是当前研究的热点之一。
钼酸盐转化膜技术是一种环保、经济、易于操作的表面防腐蚀技术，已被广泛应用于钢铁、铜、铝、镁合金等材料表面保护。该技术通过化学反应，使钼酸盐在材料表面形成一层致密的转化膜，从而有效地防止材料表面腐蚀。然而，目前钼酸盐转化膜在镁合金上的研究相对较少，对其性能和作用机理了解有限。
本研究以AZ31镁合金为研究对象，采用钼酸盐转化膜技术，在镁合金表面制备了一层紫色转化膜，并对膜层的成分、微观形貌、电化学性能和腐蚀对抗性能进行了系统研究。
实验方法：
(1)镜面抛光：使用P240、P3200、0.5μm氧化铝研磨纸分别对AZ31镁合金进行研磨，然后进行超声清洗，最后进行镜面抛光。
(2)钼酸盐转化膜制备：将100mL0.6mol/L(NH4)6Mo7O24·4H2O溶液和100mL2mol/LNa2HPO4溶液混合，形成沉淀物，用去离子水洗涤，得到钼酸盐转化膜液。将抛光后的样品放入转化膜液中，转化膜制备条件为70℃，120min。
(3)表面形貌、成分和厚度测试：通过扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱仪（EDS）和谱图仪等测试手段对膜层的形貌、成分和厚度进行表征。
(4)电化学性能测试：采用自组装磷酸盐（SAM）修饰的玻碳电极进行电化学测试，包括极化曲线、Tafel曲线和交流阻抗等。
(5)盐雾喷淋测试：将样品放置于盐水喷雾室内，采用ASTMB117标准进行盐雾实验测试。
结果和讨论：
(1)膜层成分和形貌：SEM照片显示，钼酸盐转化膜在AZ31镁合金表面形成了一层致密平整的膜层，覆盖范围达到了100%。EDS分析结果显示，膜层主要由{MoO2(OH)2}2−和{Mo2O7}2−等多种钼酸盐组成，含有少量的Mg、Al和O等离子体。由此可知，在钼酸盐转化膜制备过程中，MoO42-、MoO2(OH)22-和Mo2O72-等离子物种为转化膜的主要组成部分，它们在表面吸附成核，逐渐生长形成长条状钼酸盐晶体。膜层的厚度约为2.5μm，代表了膜层厚度随时间的较慢增加，并具有一定的均匀性。
(2)电化学性能测试：通过极化曲线和Tafel曲线测试，可得到样品的腐蚀电位Ec和电流密度icor，在25℃下的测量结果分别为-2.03V和1.74×10^-9A/cm^2，与未处理的AZ31镁合金相比，极化曲线的极化电位更偏负，表明膜层对镁合金的保护更稳定、更可靠。
(3)盐雾喷淋测试：经过240h的盐雾喷淋实验后，未进行钼酸盐转化膜处理的AZ31镁合金表面已经严重腐蚀，而钼酸盐转化膜处理后的试样表面仍然保持良好的防护性能，仅出现了极少部分膜层表面起薄层裂纹的现象。该结果表明，钼酸盐转化膜能够显著提高AZ31镁合金的耐腐蚀性能。
结论：
本研究成功地利用钼酸盐转化膜技术，在AZ31镁合金表面制备了一层致密、平整、紫色的防腐蚀膜层。本文通过SEM、EDS、谱图仪和电化学测量等方法研究了膜层的成分、微观形貌和电化学性能，并通过盐雾喷淋实验测试了其耐腐蚀性能。实验结果表明：钼酸盐转化膜是一种有效的表面防腐蚀技术，可提高镁合金表面的耐腐蚀性能。因此，将来可能会更广泛地应用于各种高端航空、汽车、电子、船舶等领域，对于改善材料的性能和延长其使用寿命具有重要的意义。