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Mg-Gd-Y稀土镁合金硅烷化表面处理技术研究

摘要

近年来镁合金构件研制与应用取得了迅猛发展，有效支撑了航天构件轻质高强设计

指标的实现。目前Mg-Gd-Y稀土镁合金因其较高的强度和耐热性广泛应用于航天装备

的舱段、框梁等构件。考虑到镁合金耐腐蚀性能方面的劣势，研究开发绿色环保型表面

处理技术成为镁合金构件稳定和可靠服役的关键基础。本论文针对Mg-Gd-Y稀土镁合

金的存储期及工序间腐蚀问题，研究开发硅烷化表面处理技术以提高镁合金耐蚀性。首

先分别在碱性和酸性硅烷水解体系下进行硅烷化工艺优化，并优选出掺杂改性剂以提高

硅烷膜耐蚀性；在此基础上分别采用复合硅烷化工艺及双层硅烷膜工艺进一步提高镁合

金耐蚀性；最后制备了微弧氧化/硅烷化复合膜层，探讨通过硅烷化处理封闭镁合金微

弧氧化膜缺陷的可行性，充分发挥微弧氧化和硅烷化两类表面处理技术的优势。

采用KH560硅烷偶联剂对Mg-Gd-Y稀土镁合金进行硅烷化处理，在碱性水解体系

下，优化了前处理工艺、水解工艺和固化工艺，采用最佳工艺参数在镁合金表面制备了

完整致密的硅烷膜。结果表明，经KH560硅烷化处理后，Mg-Gd-Y稀土镁合金的腐蚀

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过程从活性溶解状态转为具有钝化趋势，其自腐蚀电流密度由6.91×10A·cm降至

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1.18×10A·cm，耐蚀性显著提高。

分别在碱性和酸性两种水解体系下筛选硅烷水解液的掺杂改性剂。研究结果表明，

在碱性水解体系下，选用硅酸钠掺杂改性硅烷水解液可进一步提高硅烷膜耐蚀性，腐蚀

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电流密度可降至2.21×10A·cm，且阳极极化曲线呈现出明显的钝化趋势；在酸性水解

体系下，添加适量植酸可以提高硅烷膜耐蚀性。总体来说，在碱性水解体系下制备的硅

烷膜耐蚀性更好。

为了发挥不同类型硅烷偶联剂的优势，进一步提高硅烷膜的耐蚀性，本文探索了镁

合金表面复合硅烷化工艺，成功制备了BTSE+KH560+OTES（BKO）多硅烷膜层。与上

述KH560单硅烷膜相比，多硅烷膜耐蚀性有明显提升，在3.5%NaCl溶液中浸泡开始发生

腐蚀的时间由72h提高至168h。基于前述单硅烷及复合硅烷化工艺的研究，进一步探索

了将二者结合提高硅烷膜耐蚀性的双层膜工艺，通过两步法制备了以KH560单硅烷膜为

BKOMg-Gd-YNaCl

底层、多硅烷膜为表层的双层硅烷膜，双层膜对于镁合金在溶液中的

防护时间提升至288h。

为了提高Mg-Gd-Y稀土镁合金的长效耐蚀性，制备了以微弧氧化膜作为底层、BKO

多硅烷膜为表层的微弧氧化硅烷化复合膜层。结果表明，硅烷化处理对镁合金微弧氧化/

哈尔滨工程大学硕士学位论文

膜的微孔和微裂纹等缺陷具有很好的封闭作用，该复合膜层对于镁合金在NaCl溶液中的

360hEIS

防护时间提高至。分析表明硅烷化封闭处理后，微弧氧化膜疏松层电阻、致密

层电阻以及电荷转移电阻均有明显提升，其中疏松层电阻提升最为显著。

关键词：稀土镁合金；硅烷化；掺杂改性；微弧氧化；耐蚀性

Mg-Gd-Y稀土镁合金硅烷化表面处理技术研究

Abstract

Inrecentyears,thedevelopmentandapplicationofmagnesiumalloycomponentshave

experiencedrapidgrowth,effectivelysupportingtherealizationoflightweightand

high-strengthdesigntargetsforaerospacecomponents.Atpresent,Mg