获奖项目名称：

基于“酸比”理论的镁合金防护涂层技术及应用

第一完成单位：

东北大学

项目联系人：

张涛

联系人电话：

13352486898

联系人邮箱：

zhangtao@mail.neu.edu.cn

项目简介：

  针对航天工业重大工程中的腐蚀问题，开展“腐蚀理论—防护技术—工程应用”的全链条研究工作。耐蚀性能差是制约镁合金大规模应用的最大障碍，涂层技术是解决腐蚀问题最有效的技术途径。化学转化膜和微弧氧化涂层是两类应用最广泛的镁合金防护涂层。传统的六价铬转化膜耐蚀性能有很好，但是由于其高污染、高致癌性已经禁止使用，而环保型转化膜的替代性研究工作多以失败告终。传统微弧氧化涂层孔隙率高达30%以上，耐蚀性能很难提高。针对这些问题，提出了金属/溶液界面反应的“酸比”理论。酸比被定义为：总酸度/pH。“酸比”理论以界面反应“溶解-电离-沉积”过程为主线，兼顾成膜过程的热力学和动力学，有效地控制界面反应，使涂层获得预期的显微形貌和耐蚀性能。文献调研结果表明“酸比”理论是一个具有普适性的理论，能够很好地解释前人的研究结果，即，酸比降低转化膜耐蚀性升高。以“酸比”理论为指导，先后发展出绿色、高耐蚀镁合金转化膜技术和自致密微弧氧化技术。先后发表论文30篇、授权发明专利3项，专利许可权转让1项，新增产值7300余万元，具体内容如下：
  （1）研发出环保型化学转化膜替代高污染的六价铬技术并成功应用于航天工业。根据“酸比”理论，提出了转化膜溶液需要包括两类溶质的新设计原则。第一类溶质在成膜过程中提高界面pH值，使第二类溶质的过冷度增加为形核与成长提供足够的驱动力，从而调控转化膜的形核与成长，降低晶粒尺寸起到类似“细晶强化”作用，防止厚膜开裂。同时解决了膜层开裂与膜厚不足两大关键性问题。环保型转化膜的盐雾寿命提升至72小时，比行业内48小时的盐雾寿命提高了50%；耐湿热性能从800小时提高至2800小时；漆膜附着力从B1级提高至B0级。耐蚀性、工艺性和经济性等指标全面优于六价铬技术，在航天工业建立生产线，替代了使用50余年的高污染六价铬工艺，在多型飞航导弹舱段应用。
  （2）实现微弧氧化涂层自致密化并应用于2个航天重点型号。首先建立了微弧氧化过程的热力学相图。揭示了传统微弧氧化涂层耐蚀性能不佳的根本原因，提出在中性电解液中制备微弧氧化涂层的思想，从热力学角度实现自致密化。借鉴陶瓷致密化烧结和陶瓷增韧的思想，在烧结过程中，MgF2与K+形成KMgF3低熔点化合物并熔融为液态玻璃相，将传统的固-固烧结转变为固-液烧结，填充微弧氧化涂层的孔隙。同时解决了微弧氧化涂层孔隙和裂纹的问题，从动力学角度实现自致密化。在此工作的基础上，发展出的自致密化微弧氧化涂层。涂层孔隙率降低10倍、裂纹全部消失，解决了大尺寸、复杂形状部件尖角烧损和涂层不均匀的问题，具有优良的工艺性能，满足多批次加工、防腐蚀、装配精度的多项要求。成功应用于某型卫星遥测支架、某航天重点型号舱段；顺利通过设计部门的工艺评审，在两个型号重点型号上交付使用。