《鎂合金熔鹽冶金擴散鋁塗層的基礎研究》是依託上海交通大學，由胡文彬擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鎂合金熔鹽冶金擴散鋁塗層的基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：胡文彬
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鎂及鎂合金耐腐蝕性能差嚴重製約其進一步套用與發展，對其防護技術的研究開發迫在眉睫。本項目提出一種鎂合金熔鹽冶金擴散製備鋁塗層的方法，其實質是在鋁熔鹽中利用鎂比鋁活潑的化學特性，自發實現鎂對熔鹽中鋁離子的置換反應，在鎂表面形成鋁層，在濃度化學勢的驅動下，實現基體中鎂、鋁元素向各自含量貧瘠區的擴散，最終獲得表面富鋁塗層。本項目的鋁塗層可以提高鎂表面的電極電位，具有電位梯度分布和＂自愈＂能力，這對腐蝕機理研究和塗層設計具有非常重要的指導意義。目前國內外還沒有採用熔鹽塗鋁方法獲得鎂防護塗層的研究工作。對本項目的研究可以獲得鎂合金防護新工藝，弄清金屬鎂/鋁熔鹽界面置換擴散機制，積累熔鹽體系中鎂/鋁的熱力學和動力學基本數據，為鎂合金的深入研究和廣泛套用奠定基礎。本項目是結合熔鹽化學、材料學，電化學等多學科交叉的基礎研究，具有有重要的學術價值和現實意義。
結題摘要
本項目按照預定研究計畫完成，實現了一種低溫製備鎂合金表面擴散鋁塗層的方法，可使得製備溫度較傳統的固體粉末滲工藝大幅降低100℃以上，從而避免了擴滲層製備工藝溫度過高給鎂合金基體帶來的不利影響。該方法將熔鹽置換反應與擴散過程結合，最終可在鎂合金表面形成合金相層狀分布的鋁塗層，顯著提高了鎂合金基體的耐腐蝕性能。系統研究了鎂合金在低溫鋁熔鹽中表面擴散塗層的生長動力學規律及塗層形成機制，當擴滲溫度較低或者擴滲時間較短時，鎂合金表面只形成了單一相γ相(Al12Mg17)層，並伴隨著δ(Mg)固溶體的析出；當擴滲溫度較高或者擴滲時間較長時，AZ91D鎂合金表面從內到外依次形成了過渡層δ(Mg)固溶體層，灰色滲層γ相(Al12Mg17)層，線狀結構與亮灰色層ε相(Al0.58Mg0.42)層，白亮層β相(Al3Mg2)層，以及鋁塗層的最外側零星分布的亮層α(Al)的固溶體。擴滲溫度、擴滲時間以及基體中的初始原子濃度是影響擴滲層形成的主要因素。同時建立了Mg/Al熔鹽體系的物理化學模型，該模型的核心為通過置換反應提供活性的Al原子以及新的合金相析出，擴散過程逐漸推進，在鎂合金表面逐步形成了δ(Mg)層→Al12Mg17(γ)層→Al0.58Mg0.42(ε)層→Al3Mg2(β)層。其中，擴散過程占主導地位，置換反應提供活性原子並伴隨著擴散過程同時進行。在此基礎上，研究了鎂合金表面擴散鋁塗層的耐蝕性能及其腐蝕機制，由於Mg-Al金屬間化合物的存在，當擴散滲鋁試樣與腐蝕介質接觸後，發生析氫反應生成Al2O3•nH2O和Mg(OH)2膜層，從而削弱了點蝕在擴散滲鋁試樣表面的進一步擴展。當熔鹽置換擴散滲鋁試樣沒有出現大的結構缺陷時，呈連續態的γ相可完全隔離鎂合金基體與腐蝕介質的接觸，對電子的傳輸構成屏障，使電荷轉移極化電阻增加，提高試樣的耐蝕性；而當置換擴散滲鋁層中出現了脆性β相，導致裂紋等結構缺陷時，由於γ相的電極電位低於β相，因此，在腐蝕溶液中就會發生電偶腐蝕。本項目所得結果在揭示鎂合金在熔鹽中表面擴散鋁塗層的低溫形成機制方面具有明顯的科學意義，在提高鎂合金部件的耐蝕性，進而拓展鎂合金在相關領域中的套用具有顯著實際意義。在本項目的資助下，圍繞上述研究內容，已發表論文8篇，其中SCI論文6篇，獲國家授權發明專利1項，培養博士生1名和博士後1名。
