一、化學(xué)成分
鎂合金鈍化劑的成分一般包括有機酸、表面活性劑、潤濕劑、緩蝕劑、防腐劑、穩(wěn)定劑、緩沖劑等,其中主要成分有鉻酸鹽、有機錫化合物、鉬酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、鎢酸鹽、鈦鹽、硅烷等。
不同的鎂合金鈍化劑可能成分有所差異,以下是一些常見成分的作用:
鉻酸鹽:如重鉻酸鉀或重鉻酸鈉等,可以與鎂合金表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成一層穩(wěn)定的氧化膜,起到保護(hù)作用。
有機錫化合物:能起到促進(jìn)鈍化膜形成和穩(wěn)定的作用。
鉬酸鹽:是一種低毒低污染物質(zhì),其鈍化膜可以有效地保護(hù)基底金屬不被腐蝕,并為后續(xù)的涂裝提供良好基底。
磷酸鹽:形成的磷化膜具有晶體結(jié)構(gòu),有良好的吸附性和耐蝕性,廣泛用作鎂合金涂漆前的打底層。
硅酸鹽:來源豐富,價廉,是一種對環(huán)境十分友好的緩蝕劑。
鎢酸鹽:在酸性條件下具有氧化性,是一種環(huán)保型緩蝕劑,其被還原后生成鎢的化合物,對鎂合金基體起到保護(hù)作用。
鈦鹽、硅烷:有助于在表面形成致密的抗氧化膜,增強耐腐蝕能力、導(dǎo)電性能和涂裝結(jié)合力。
二、結(jié)構(gòu)特點
鎂合金鈍化劑的種類較多,不同類型的鈍化劑可能具有不同的結(jié)構(gòu)特點,以下是一些常見類型的鎂合金鈍化劑及其可能的結(jié)構(gòu)特點:
磷酸鹽鈍化劑:通過在鎂基體表面形成難溶于水、附著力良好的磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜來起到保護(hù)作用。其成膜機理是當(dāng)鎂合金基體接觸磷化溶液時,發(fā)生析氫和微量金屬置換反應(yīng),隨后磷酸二氫根離子進(jìn)一步電離,產(chǎn)生的沉淀沿著基體表面活性點生長,形成磷化膜。
磷酸鹽-高錳酸鹽鈍化劑:含有高錳酸鉀成分,在被還原時會形成溶解度較低的錳的低價氧化物進(jìn)入膜層,形成錳酸鹽轉(zhuǎn)化膜。該鈍化膜中通常含有鎂、氧、磷、鉀、鋁和錳等元素。
硅酸鹽/鎢酸鹽鈍化劑:其中的鎢酸鹽在酸性條件下具有氧化性,鎢酸根被還原后生成鎢的化合物,對鎂合金基體起到保護(hù)作用;而硅酸鹽來源豐富、且價廉。研究表明,這類鈍化膜是一種非晶態(tài)結(jié)構(gòu),主要成分包含鎢的化合物、鎂鋁以及錳的氧化物。
鉬酸鹽鈍化劑:鉬酸鹽是一種低毒低污染物質(zhì)。其成膜機理是一個腐蝕沉積過程,在陽極區(qū)金屬離子溶出,微陰極區(qū)β相輕微富集并逸出氫氣,使基體表面 pH 升高,導(dǎo)致金屬離子富集到陰極區(qū),形成難溶的金屬磷酸鹽并沉積,進(jìn)而形成鈍化膜。在鈍化膜中,表層鉬元素以三氧化鉬的形式存在,膜內(nèi)部則以二氧化鉬和氫氧化鉬等形式存在,并含有部分三氧化鉬。
錫酸鹽鈍化劑:錫酸根離子在堿性介質(zhì)中以特定形式存在,能與金屬表面帶正電的鎂離子結(jié)合,形成化學(xué)吸附,沉積在樣品表面。
三、分析方法
為了對鎂合金鈍化劑的化學(xué)成分進(jìn)行分析和檢測,常用的方法包括元素分析法、紅外光譜法、核磁共振法和質(zhì)譜法等。
1. 元素分析法:元素分析法可用于測定鎂合金鈍化劑中金屬離子的含量,如鋁中鋁離子的含量。常見的元素分析方法有火焰原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法等。
2. 紅外光譜法:紅外光譜法可以通過測定鎂合金鈍化劑的紅外吸收帶,分析其分子結(jié)構(gòu)和官能團。這種方法適用于分析高分子有機物鎂合金鈍化劑的化學(xué)成分。
3. 核磁共振法:核磁共振法是一種檢測物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和原子核之間相互作用的方法。通過核磁共振技術(shù)可以對鎂合金鈍化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,如高分子有機物鎂合金鈍化劑的分子量、結(jié)構(gòu)等。
4. 質(zhì)譜法:質(zhì)譜法主要用于分析鎂合金鈍化劑中的有機化合物。通過質(zhì)譜儀測定樣品中的質(zhì)荷比和相對豐度,可以推測出其分子結(jié)構(gòu)。
四、應(yīng)用領(lǐng)域
鎂合金鈍化劑主要應(yīng)用于以下領(lǐng)域:
航空航天領(lǐng)域:
用于飛機和航天器中的鎂合金零部件表面處理,增強其耐腐蝕性,確保在復(fù)雜的高空環(huán)境中能長期穩(wěn)定運行。例如在飛機起落架的鎂合金部件上應(yīng)用,可抵御雨水、濕氣及各種化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。
汽車制造領(lǐng)域:
對汽車發(fā)動機中的鎂合金部件如鎂合金缸體、鎂合金輪轂等進(jìn)行鈍化處理,防止在各種路況和氣候條件下受到腐蝕,延長零部件的使用壽命,同時保證汽車的性能和安全。
汽車內(nèi)飾中的一些鎂合金裝飾件也需要使用鈍化劑來保持其外觀和性能。
電子設(shè)備領(lǐng)域:
筆記本電腦、手機等電子設(shè)備的鎂合金外殼經(jīng)過鈍化處理后,能抵抗手汗、空氣污染物等的侵蝕,保持設(shè)備外觀的美觀和完整性,同時也有助于提高設(shè)備的散熱性能。
電子設(shè)備內(nèi)部的一些鎂合金支架和連接件也需要鈍化處理來保證其可靠性。
運動器材領(lǐng)域:
自行車的鎂合金車架、高爾夫球桿的鎂合金部件等,使用鈍化劑處理后能適應(yīng)各種戶外環(huán)境,不易生銹和損壞,滿足運動器材對輕量化和耐用性的要求。
醫(yī)療器械領(lǐng)域:
一些醫(yī)療設(shè)備中的鎂合金部件,如手術(shù)器械、醫(yī)療影像設(shè)備的外殼等,經(jīng)過鈍化處理后能滿足醫(yī)療衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),防止在醫(yī)院的特殊環(huán)境中受到腐蝕和污染。