镁及其合金具有优良的机械性能,应用十分广泛。特别是其具有高的比强度,能减轻材料的自身重量,已成为汽车和航空应用的理想材料。但是镁及其合金容易腐蚀,特别是在盐雾环境中。由于航空航天环境恶劣,对材料腐蚀严重,这就限制了其在航空航天上的应用。最简单的防腐蚀方法是在镁基材料上镀一层膜,以隔离基材与环境接触。现在已有多种处理方法,主要包括电镀、化学转化、阳极氧化、气相沉积、有机酸/聚合物转化等。化学转化膜处理因其成本低廉而被广泛应用。然而,化学转化处理常用的铬酸盐溶液对环境危害较大。因此人们趋向于寻找可代替铬酸盐处理工艺的环保型处理工艺。例如:磷酸盐化、锡酸盐化、稀土盐化和磷酸/高锰酸化处理等。转化膜的性能与基体合金的成分、预处理工艺、转化液成分、处理工艺的参数如温度和时间有关。这些工艺参数最终决定了膜的微观结构和成分。本文研究了一种以锡酸钠为主盐的新型无铬化学转化工艺。研究内容包括:AZ91D镁合金多种前处理工艺对AZ91D镁合金锡酸盐转化膜层耐腐蚀性能的影响;确定适用于AZ91D镁合金的锡酸盐转化膜的最佳工艺条件;研究AZ91D镁合金锡酸盐化学转化膜不同生长阶段的形貌特征及其耐蚀性。对不同碱洗、酸洗及活化液的处理效果进行分析,得到适合AZ91D镁合金锡酸盐转化工艺的环保型镁合金预处理洗液。结果表明,先酸洗再碱洗的前处理方案得到的转化膜耐腐蚀性能最优。锡酸钠是转化液的基本组分,直接影响转化膜能否生成以及膜层的结构、连续性和致密性。氢氧化钠可调整溶液的pH值,能够增加溶液的碱性,镁合金在适当的碱性溶液中成膜更稳定。成膜促进剂是化学转化处理中不可缺少的组分,起活化金属表面、使反应活性点增多的作用。最佳溶液配方为:锡酸钠50g/L,成膜促进剂30g/L,添加剂10g/L,氢氧化钠30g/L。转化膜主要由镁的α相、β相和MgSnO₃·3H₂O组成;该环保型化学转化新工艺可获得由近球状微粒构成的银白色膜层,表面均匀平整。该膜层可以对AZ91D镁合金提供有效的保护。提出了AZ91D镁合金锡酸盐转化膜成膜机理。整个过程可分为三个阶段:成膜初期,膜重迅速增加,在α相上生成MgSnO₃;大约10min后,膜的生长速度减小,锡酸盐开始在β相上沉积。成膜中期,膜的溶解速度加快,由于α相上的锡酸盐颗粒间隙远大于β相上的颗粒问隙,金属的溶解主要发生在α相上,同时新的膜不断生成,达到动态平衡。成膜末期,随时间延长,膜的溶解速率大于成膜速率,膜重减小。经化学处理30min左右时,锡酸盐膜层的耐蚀性最好。锡酸盐化学转化膜处理技术在整个工艺过程中完全不使用铬元素,对环境影响小,能够代替传统铬酸盐转化膜的工艺技术。该膜层的耐蚀性能优于传统含铬Dow7工艺形成的防护膜,其工艺简单,成本低,容易形成自动化生产线,而不需大的设备投资,具有良好的应用前景。