不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜：制備工藝與性能關(guān)聯(lián)探究一、引言1.1研究背景與意義隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)材料性能的要求日益嚴(yán)苛，輕質(zhì)、高強(qiáng)且具備多功能特性的材料成為研究熱點(diǎn)。鎂鋰合金作為目前世界上最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，憑借其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。鎂鋰合金密度低，一般在1.35-1.65g/cm3之間，比普通鎂合金輕1/4-1/3，比鋁合金輕1/3-1/2，這使其在對(duì)重量有嚴(yán)格要求的航空航天領(lǐng)域備受青睞。例如，天問一號(hào)火星探測(cè)器以及嫦娥五號(hào)探測(cè)器等航天器上都應(yīng)用了新型鎂鋰合金材料，有效減輕了設(shè)備重量，提高了有效載荷。同時(shí)，在兵器工業(yè)中，輕量化的裝備能夠提升機(jī)動(dòng)性和作戰(zhàn)效能；在軌道交通領(lǐng)域，減輕車輛自重可降低能耗，提高運(yùn)行效率；在電子信息產(chǎn)業(yè)，鎂鋰合金良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電以及電磁屏蔽性能，使其適用于制造電子器件殼體等部件，滿足電子產(chǎn)品輕薄化、高性能的發(fā)展需求。然而，鎂鋰合金的廣泛應(yīng)用卻受到其自身耐蝕性差這一關(guān)鍵問題的嚴(yán)重制約。鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位較低，化學(xué)性質(zhì)活潑，在自然環(huán)境中極易發(fā)生腐蝕。當(dāng)鋰元素加入形成鎂鋰合金后，由于鋰的活潑性甚至高于鎂，使得合金的腐蝕傾向進(jìn)一步增大。在潮濕大氣、海洋環(huán)境以及含有侵蝕性介質(zhì)的工業(yè)環(huán)境中，鎂鋰合金可能在短時(shí)間內(nèi)就出現(xiàn)明顯的腐蝕現(xiàn)象，這不僅降低了材料的力學(xué)性能，影響其結(jié)構(gòu)完整性和服役可靠性，還可能引發(fā)安全隱患。例如，在航空航天領(lǐng)域，一旦鎂鋰合金部件發(fā)生腐蝕，可能導(dǎo)致飛行事故；在電子設(shè)備中，腐蝕會(huì)影響電子元件的正常工作，縮短設(shè)備使用壽命。為解決鎂鋰合金耐蝕性差的問題，眾多表面處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其中化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)因其操作簡(jiǎn)便、成本較低、對(duì)基體損傷小等優(yōu)點(diǎn)，成為提升鎂鋰合金耐蝕性能的重要研究方向?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜是通過金屬與特定介質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，在金屬表面形成一層附著力良好的化合物隔離層。這層膜能夠?qū)⒒瘜W(xué)性質(zhì)活潑的金屬單質(zhì)轉(zhuǎn)化為化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定的金屬化合物，如氧化物、鉻酸鹽、磷酸鹽等，從而提高金屬在環(huán)境中的熱力學(xué)穩(wěn)定性。同時(shí)，對(duì)于質(zhì)地較軟的鎂鋰合金，化學(xué)轉(zhuǎn)化膜還能提供一層較硬的防護(hù)層，增強(qiáng)基體的耐摩擦性能，并且依靠表面轉(zhuǎn)化產(chǎn)物對(duì)環(huán)境介質(zhì)的隔離作用，有效減緩腐蝕介質(zhì)對(duì)基體的侵蝕。不同結(jié)構(gòu)的鎂鋰合金由于其晶體結(jié)構(gòu)、元素分布等差異，在化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的制備過程和性能表現(xiàn)上存在顯著不同，深入研究這些差異，對(duì)于開發(fā)出針對(duì)性強(qiáng)、性能優(yōu)異的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜制備工藝，充分發(fā)揮鎂鋰合金的性能優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)其在更多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用具有重要的理論和實(shí)際意義。1.2鎂鋰合金概述1.2.1鎂鋰合金的分類與特點(diǎn)鎂鋰合金作為一種獨(dú)特的金屬材料，根據(jù)其晶體結(jié)構(gòu)和鋰元素含量的差異，可分為α相鎂鋰合金、β相鎂鋰合金以及α+β相鎂鋰合金，不同類型的合金在組織結(jié)構(gòu)和性能方面展現(xiàn)出各自的特點(diǎn)。α相鎂鋰合金中鋰含量較低，一般小于5.7wt.%，此時(shí)合金由α-Mg單相（Li在Mg中的固溶體）組成，具有六方密排（HCP）結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得α相鎂鋰合金具有較高的強(qiáng)度，這是因?yàn)镠CP結(jié)構(gòu)的原子排列緊密，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)相對(duì)困難，從而限制了材料的塑性變形，使其在承受外力時(shí)能夠保持較好的形狀穩(wěn)定性。然而，HCP結(jié)構(gòu)的滑移系較少，導(dǎo)致其塑性變形能力相對(duì)較差，在受到較大外力時(shí)容易發(fā)生脆性斷裂。在一些對(duì)材料強(qiáng)度要求較高、對(duì)塑性變形要求相對(duì)較低的場(chǎng)合，α相鎂鋰合金能夠發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，例如制造一些承受靜態(tài)載荷的結(jié)構(gòu)件。β相鎂鋰合金中鋰含量較高，大于10.3wt.%，基體相完全為β-Li相（Mg在Li中的固溶體），具有體心立方（BCC）結(jié)構(gòu)。BCC結(jié)構(gòu)具有較多的滑移系，這使得β相鎂鋰合金擁有良好的塑性變形能力和低溫延展性，能夠在低溫環(huán)境下進(jìn)行各種冷加工工藝，如軋制、沖壓等。在電子設(shè)備制造中，需要將材料加工成各種復(fù)雜的形狀，β相鎂鋰合金的良好塑性就能滿足這一需求。但是，由于β相鎂鋰合金中鋰含量高，鋰的化學(xué)性質(zhì)活潑，導(dǎo)致合金的強(qiáng)度相對(duì)較低，同時(shí)耐腐蝕性能較差，在潮濕環(huán)境或有腐蝕介質(zhì)存在的情況下，容易發(fā)生腐蝕反應(yīng)，影響材料的使用壽命。α+β相鎂鋰合金的鋰含量介于5.7wt.%-10.3wt.%之間，由α-Mg和β-Li雙相組織組成。這種雙相結(jié)構(gòu)使得合金兼具了α相的中等強(qiáng)度和β相優(yōu)異的延展性，在力學(xué)性能上表現(xiàn)出較好的綜合性能。在航空航天領(lǐng)域，某些部件既需要承受一定的載荷，又需要在加工過程中能夠進(jìn)行塑性變形以滿足復(fù)雜的形狀要求，α+β相鎂鋰合金就能夠很好地滿足這些條件。但是，由于雙相組織的存在，合金的組織均勻性相對(duì)較難控制，不同相之間的界面可能會(huì)成為腐蝕的起始點(diǎn)，從而影響合金的耐腐蝕性能。此外，在不同的使用環(huán)境和加工條件下，α+β相鎂鋰合金中兩相的比例和分布可能會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而影響合金的性能穩(wěn)定性。1.2.2不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金的應(yīng)用領(lǐng)域不同結(jié)構(gòu)的鎂鋰合金憑借其各自獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，在多個(gè)重要領(lǐng)域得到了應(yīng)用，但在實(shí)際應(yīng)用過程中也面臨著一些問題。在航空航天領(lǐng)域，由于對(duì)材料的輕量化要求極高，同時(shí)需要材料具備良好的力學(xué)性能以承受復(fù)雜的飛行載荷，β相鎂鋰合金和α+β相鎂鋰合金展現(xiàn)出了顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。例如，在衛(wèi)星結(jié)構(gòu)部件的制造中，β相鎂鋰合金的低密度和良好的塑性變形能力使其能夠被加工成各種復(fù)雜形狀的零部件，有效減輕衛(wèi)星的重量，提高發(fā)射效率和運(yùn)行性能。在一些衛(wèi)星的外殼、支架等部件中使用β相鎂鋰合金，相比傳統(tǒng)材料可減輕大量重量，同時(shí)還能滿足衛(wèi)星在太空中的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。而α+β相鎂鋰合金則憑借其綜合力學(xué)性能，被用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的一些零部件，如葉片等，既能承受發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速等惡劣工況，又能減輕發(fā)動(dòng)機(jī)自身重量，提高燃油效率。然而，航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用環(huán)境極為苛刻，對(duì)材料的可靠性和穩(wěn)定性要求極高。鎂鋰合金在太空中會(huì)面臨高低溫交變、輻射等特殊環(huán)境因素，其耐腐蝕性能和尺寸穩(wěn)定性面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。此外，鎂鋰合金的加工工藝復(fù)雜，成本較高，這也在一定程度上限制了其在航空航天領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。在電子領(lǐng)域，α相鎂鋰合金和β相鎂鋰合金也有著廣泛的應(yīng)用。隨著電子產(chǎn)品向輕薄化、高性能化方向發(fā)展，對(duì)材料的密度、強(qiáng)度、電磁屏蔽性能等提出了更高要求。α相鎂鋰合金的高強(qiáng)度使其適用于制造手機(jī)、平板電腦等電子產(chǎn)品的外殼，能夠在保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)，減輕產(chǎn)品重量，提升用戶體驗(yàn)。許多高端智能手機(jī)的外殼采用α相鎂鋰合金制造，不僅手感輕盈，而且具有較好的抗摔性能。β相鎂鋰合金則因其良好的塑性和電磁屏蔽性能，被用于制造電子設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)件和屏蔽罩等。在筆記本電腦中，β相鎂鋰合金制成的屏蔽罩能夠有效阻擋電磁干擾，保證電子元件的正常工作。但是，在電子領(lǐng)域，鎂鋰合金面臨著與其他電子元件兼容性的問題。由于鎂鋰合金化學(xué)性質(zhì)活潑，在與一些電子元件接觸時(shí)，可能會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，影響電子設(shè)備的性能和壽命。此外，電子領(lǐng)域?qū)Σ牧系谋砻尜|(zhì)量和精度要求極高，鎂鋰合金的表面處理和精密加工技術(shù)還需要進(jìn)一步提高，以滿足電子產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展的需求。1.3化學(xué)轉(zhuǎn)化膜研究現(xiàn)狀化學(xué)轉(zhuǎn)化膜是金屬表面原子與介質(zhì)中的陰離子通過化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)形成的具有防護(hù)性的化合物隔離層，在金屬防護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。常見的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜類型包括鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜、磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜、稀土轉(zhuǎn)化膜、硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜等，不同類型的轉(zhuǎn)化膜在防護(hù)性能、成膜機(jī)制和應(yīng)用場(chǎng)景上各有特點(diǎn)。鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜具有良好的防護(hù)性能和自愈能力，其成膜過程是利用鉻酸或鉻酸鹽在金屬表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成包含多種價(jià)態(tài)鉻化合物的膜層。Cr6+具有強(qiáng)氧化性，能夠使金屬表面鈍化，而Cr3+則形成難溶的化合物，填充在膜層孔隙中，提高膜層的致密性。在鎂合金表面制備的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜，能夠顯著提高其在海洋環(huán)境中的耐蝕性。但由于Cr6+具有強(qiáng)毒性，對(duì)環(huán)境和人體危害較大，其使用受到嚴(yán)格限制。磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜是通過金屬與磷酸或磷酸鹽溶液反應(yīng)，在金屬表面形成由金屬磷酸鹽組成的膜層。在鎂鋰合金表面，磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜能夠與基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的化學(xué)鍵，從而提高膜層的附著力。其膜層具有多孔結(jié)構(gòu)，能夠吸附有機(jī)涂料，提高涂層的結(jié)合力，常作為涂裝底層使用。在汽車零部件的涂裝前處理中，磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜被廣泛應(yīng)用，可有效提高涂層的耐久性。稀土轉(zhuǎn)化膜是利用稀土元素的鹽溶液在金屬表面形成的轉(zhuǎn)化膜，其成膜機(jī)制主要基于稀土元素的緩蝕作用和與金屬表面的化學(xué)反應(yīng)。稀土元素如鈰、鑭等，能夠在金屬表面形成氧化物或氫氧化物，抑制金屬的腐蝕。在鎂鋰合金表面制備的稀土轉(zhuǎn)化膜，具有良好的耐蝕性和環(huán)保性，可作為鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜的替代方案。但稀土轉(zhuǎn)化膜的成膜速度較慢，膜層厚度較薄，其防護(hù)性能有待進(jìn)一步提高。硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜是以硅酸鹽溶液為處理液，在金屬表面形成的由硅酸鹽和金屬氧化物組成的膜層。其成膜過程中，硅酸鹽與金屬表面的活性位點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)膜層的穩(wěn)定性。在鎂鋰合金表面制備的硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜，具有一定的耐蝕性和絕緣性，且制備工藝簡(jiǎn)單、成本低。但硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜的硬度較低，耐磨性較差，限制了其在一些對(duì)耐磨性要求較高的領(lǐng)域的應(yīng)用。在不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的研究方面，目前已取得了一定進(jìn)展。對(duì)于α相鎂鋰合金，由于其晶體結(jié)構(gòu)緊密，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)相對(duì)困難，在化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中，反應(yīng)活性相對(duì)較低，但形成的轉(zhuǎn)化膜與基體結(jié)合力較強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，通過優(yōu)化磷酸鹽轉(zhuǎn)化工藝，在α相鎂鋰合金表面可獲得致密的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜，有效提高其耐蝕性。β相鎂鋰合金具有體心立方結(jié)構(gòu)，滑移系較多，塑性變形能力好，但化學(xué)活性高，在制備化學(xué)轉(zhuǎn)化膜時(shí)，膜層的均勻性和完整性較難控制。有研究采用稀土轉(zhuǎn)化工藝，在β相鎂鋰合金表面制備出了具有良好耐蝕性的稀土轉(zhuǎn)化膜，通過調(diào)整稀土鹽溶液的濃度和處理時(shí)間，改善了膜層的質(zhì)量。α+β相鎂鋰合金由于存在雙相結(jié)構(gòu)，相界面處的化學(xué)活性和組織結(jié)構(gòu)差異，使得化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的形成過程更為復(fù)雜。有研究通過復(fù)合轉(zhuǎn)化工藝，結(jié)合磷酸鹽和硅酸鹽轉(zhuǎn)化，在α+β相鎂鋰合金表面制備出了綜合性能較好的轉(zhuǎn)化膜，既提高了膜層的耐蝕性，又增強(qiáng)了其與基體的結(jié)合力。盡管在不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的研究上取得了一定成果，但仍存在一些不足。一方面，部分化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的制備工藝復(fù)雜，成本較高，不利于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。另一方面，對(duì)于一些新型化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的成膜機(jī)制和長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究還不夠深入，需要進(jìn)一步探索。此外，在不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金與化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的匹配性方面，缺乏系統(tǒng)的理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，難以實(shí)現(xiàn)化學(xué)轉(zhuǎn)化膜性能的最大化發(fā)揮。二、不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的制備2.1實(shí)驗(yàn)材料與方法2.1.1實(shí)驗(yàn)材料本實(shí)驗(yàn)選用了三種不同結(jié)構(gòu)的鎂鋰合金，分別為α相鎂鋰合金、β相鎂鋰合金以及α+β相鎂鋰合金，其具體成分、組織及相關(guān)性能參數(shù)如下：α相鎂鋰合金選用Mg-3Li合金，其中鋰含量為3wt.%，其余為鎂及少量雜質(zhì)元素。其微觀組織主要由單一的α-Mg固溶體組成，呈現(xiàn)出典型的六方密排（HCP）晶體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得合金具有較高的強(qiáng)度，其室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)200MPa左右，屈服強(qiáng)度約為120MPa，但塑性相對(duì)較差，延伸率一般在10%左右。β相鎂鋰合金選用Mg-12Li合金，鋰含量為12wt.%，基體為β-Li固溶體，具有體心立方（BCC）晶體結(jié)構(gòu)。該合金的突出特點(diǎn)是塑性良好，延伸率可達(dá)到30%以上，室溫抗拉強(qiáng)度相對(duì)較低，約為120MPa，屈服強(qiáng)度約為60MPa。α+β相鎂鋰合金選用Mg-8Li合金，鋰含量為8wt.%，其微觀組織由α-Mg和β-Li兩相組成。這種雙相結(jié)構(gòu)賦予合金較好的綜合力學(xué)性能，室溫抗拉強(qiáng)度在160MPa左右，屈服強(qiáng)度約為90MPa，延伸率介于15%-20%之間。實(shí)驗(yàn)前，將三種合金分別加工成尺寸為50mm×30mm×5mm的試樣，用于后續(xù)的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜制備及性能測(cè)試。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，所有試樣在加工過程中均嚴(yán)格控制加工工藝，避免引入額外的加工應(yīng)力和缺陷。同時(shí)，對(duì)試樣表面進(jìn)行打磨、拋光處理，使其表面粗糙度達(dá)到Ra0.8μm以下，以確保化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的均勻性和完整性。2.1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器制備化學(xué)轉(zhuǎn)化膜所需的主要設(shè)備包括反應(yīng)容器、加熱裝置、磁力攪拌器等。反應(yīng)容器選用500mL的玻璃燒杯，用于盛放化學(xué)轉(zhuǎn)化液。加熱裝置采用數(shù)顯恒溫水浴鍋，可精確控制反應(yīng)溫度，控溫精度為±1℃，以滿足不同化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝對(duì)溫度的要求。磁力攪拌器用于在反應(yīng)過程中攪拌化學(xué)轉(zhuǎn)化液，使溶液成分均勻分布，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，其攪拌速度可在0-2000r/min范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。用于性能測(cè)試的儀器主要有掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜分析儀（EDS）、X射線衍射儀（XRD）、電化學(xué)工作站等。掃描電子顯微鏡（SEM，型號(hào)為ZEISSSUPRA55）用于觀察化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的表面微觀形貌和截面結(jié)構(gòu)，分辨率可達(dá)1nm，能夠清晰地展示膜層的孔隙率、致密性以及與基體的結(jié)合情況。能譜分析儀（EDS，與SEM配套使用）可對(duì)膜層的元素組成進(jìn)行定性和定量分析，確定膜層中各元素的含量及分布情況。X射線衍射儀（XRD，型號(hào)為BrukerD8Advance）用于分析化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的物相組成，通過測(cè)量衍射峰的位置和強(qiáng)度，確定膜層中化合物的種類和晶體結(jié)構(gòu)。電化學(xué)工作站（型號(hào)為CHI660E）用于測(cè)試化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的耐蝕性能，通過開路電位-時(shí)間曲線、極化曲線和交流阻抗譜等電化學(xué)方法，評(píng)估膜層在腐蝕介質(zhì)中的腐蝕行為和防護(hù)性能。此外，還使用了電子天平（精度為0.0001g）用于稱量化學(xué)試劑，pH計(jì)（精度為0.01）用于測(cè)量化學(xué)轉(zhuǎn)化液的pH值。2.2化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的制備工藝2.2.1錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的制備錫酸鹽轉(zhuǎn)化液的成分對(duì)轉(zhuǎn)化膜的性能有著關(guān)鍵影響。本實(shí)驗(yàn)中，錫酸鹽轉(zhuǎn)化液主要由錫酸鈉（Na?SnO?）、氫氧化鈉（NaOH）、乙酸鈉（CH?COONa）和添加劑組成。其中，錫酸鈉作為主要成膜物質(zhì)，其濃度在15-30g/L范圍內(nèi)變化。氫氧化鈉用于調(diào)節(jié)溶液的pH值，使其保持在12-13之間，以促進(jìn)錫酸鹽的水解和膜層的形成。乙酸鈉則起到緩沖劑的作用，穩(wěn)定溶液的pH值，同時(shí)有助于提高膜層的致密性。添加劑選用了適量的氟化鈉（NaF），其濃度為0.5-1.5g/L，氟化鈉能夠與鎂鋰合金表面的鎂離子反應(yīng)，形成氟化物，促進(jìn)膜層的生長(zhǎng)，并提高膜層的耐蝕性。制備流程如下：首先，將所需量的氫氧化鈉和乙酸鈉加入去離子水中，攪拌使其完全溶解。然后，緩慢加入錫酸鈉，繼續(xù)攪拌至完全溶解，得到透明的溶液。接著，加入適量的氟化鈉添加劑，充分?jǐn)嚢杈鶆颉⑴渲煤玫霓D(zhuǎn)化液轉(zhuǎn)移至500mL的玻璃燒杯中，放入數(shù)顯恒溫水浴鍋中，加熱至60-80℃。將經(jīng)過打磨、拋光處理后的鎂鋰合金試樣用去離子水沖洗干凈，再用無(wú)水乙醇擦拭，去除表面的油污和雜質(zhì)。將試樣放入轉(zhuǎn)化液中，浸泡15-30min。在浸泡過程中，使用磁力攪拌器以100-200r/min的速度攪拌轉(zhuǎn)化液，使溶液成分均勻分布，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。浸泡結(jié)束后，取出試樣，用去離子水沖洗干凈，自然晾干。為了研究各參數(shù)對(duì)膜層的影響，采用單因素法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在其他條件不變的情況下，分別改變錫酸鈉的濃度、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間。當(dāng)錫酸鈉濃度從15g/L增加到30g/L時(shí)，膜層的厚度逐漸增加，膜層的耐蝕性先提高后降低。這是因?yàn)檫m量的錫酸鈉能夠提供足夠的錫離子，促進(jìn)膜層的生長(zhǎng)，提高膜層的致密性；但當(dāng)錫酸鈉濃度過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致膜層生長(zhǎng)過快，出現(xiàn)疏松、多孔的結(jié)構(gòu)，降低膜層的耐蝕性。反應(yīng)溫度從60℃升高到80℃時(shí)，膜層的生長(zhǎng)速度加快，膜層的致密度提高，耐蝕性增強(qiáng)。然而，當(dāng)溫度超過80℃時(shí)，膜層表面會(huì)出現(xiàn)裂紋，這是由于溫度過高，反應(yīng)過于劇烈，導(dǎo)致膜層內(nèi)應(yīng)力增大，從而產(chǎn)生裂紋。反應(yīng)時(shí)間從15min延長(zhǎng)到30min時(shí)，膜層的厚度增加，耐蝕性提高。但當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過30min時(shí)，膜層的耐蝕性不再明顯提高，反而會(huì)因?yàn)槟舆^厚而導(dǎo)致與基體的結(jié)合力下降。2.2.2磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的制備磷酸鹽轉(zhuǎn)化液的配方為：磷酸二氫鋅（Zn(H?PO?)?）20-30g/L、硝酸鋅（Zn(NO?)?）5-10g/L、氟化鈉（NaF）1-2g/L、檸檬酸（C?H?O?）3-5g/L，用去離子水配置成500mL溶液。磷酸二氫鋅是成膜的主要物質(zhì)，在溶液中能夠電離出磷酸根離子和鋅離子，與鎂鋰合金表面的鎂離子發(fā)生反應(yīng)，形成磷酸鋅鎂的膜層。硝酸鋅提供鋅離子，促進(jìn)膜層的形成，同時(shí)提高膜層的硬度和耐蝕性。氟化鈉能夠活化鎂鋰合金表面，加速反應(yīng)的進(jìn)行，提高膜層的均勻性。檸檬酸則作為絡(luò)合劑，調(diào)節(jié)溶液中金屬離子的濃度，防止金屬離子沉淀，保證轉(zhuǎn)化液的穩(wěn)定性。制備過程如下：將磷酸二氫鋅、硝酸鋅、氟化鈉和檸檬酸依次加入去離子水中，攪拌使其完全溶解，得到均勻的轉(zhuǎn)化液。將轉(zhuǎn)化液轉(zhuǎn)移至500mL的玻璃燒杯中，放入數(shù)顯恒溫水浴鍋中，加熱至40-60℃。將經(jīng)過預(yù)處理的鎂鋰合金試樣放入轉(zhuǎn)化液中，浸泡10-20min。在浸泡過程中，同樣使用磁力攪拌器以100-200r/min的速度攪拌轉(zhuǎn)化液，使溶液成分均勻分布，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。浸泡結(jié)束后，取出試樣，用去離子水沖洗干凈，自然晾干。成膜時(shí)間和溫度等因素對(duì)膜層質(zhì)量有著重要作用。隨著成膜時(shí)間的增加，膜層的厚度逐漸增加，膜層的耐蝕性先提高后降低。在10-15min的成膜時(shí)間內(nèi)，膜層能夠逐漸生長(zhǎng)并覆蓋在鎂鋰合金表面，形成較為致密的防護(hù)層，有效提高合金的耐蝕性。但當(dāng)成膜時(shí)間超過15min時(shí)，膜層會(huì)出現(xiàn)過度生長(zhǎng)的現(xiàn)象，膜層變得疏松多孔，降低了膜層的耐蝕性。成膜溫度從40℃升高到60℃時(shí)，膜層的生長(zhǎng)速度加快，膜層的致密性提高，耐蝕性增強(qiáng)。這是因?yàn)闇囟壬撸磻?yīng)速率加快，有利于磷酸根離子和鋅離子與鎂鋰合金表面的鎂離子發(fā)生反應(yīng)，形成更加致密的膜層。然而，當(dāng)溫度超過60℃時(shí)，溶液中的水分蒸發(fā)過快，導(dǎo)致膜層表面出現(xiàn)結(jié)晶物，影響膜層的質(zhì)量和耐蝕性。2.2.3其他類型化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的制備（可選）除了錫酸鹽和磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜，還對(duì)高錳酸鹽轉(zhuǎn)化膜的制備方法進(jìn)行了探索。高錳酸鹽轉(zhuǎn)化液主要由高錳酸鉀（KMnO?）5-10g/L、磷酸（H?PO?）3-5mL/L、硫酸（H?SO?）1-2mL/L組成，用去離子水配置成500mL溶液。高錳酸鉀在酸性條件下具有強(qiáng)氧化性，能夠?qū)㈡V鋰合金表面的鎂氧化成氧化鎂，同時(shí)自身被還原成二氧化錳，形成由氧化鎂和二氧化錳組成的轉(zhuǎn)化膜。磷酸和硫酸用于調(diào)節(jié)溶液的pH值，使其保持在1-3之間，促進(jìn)高錳酸鉀的氧化反應(yīng)和膜層的形成。制備方法為：將高錳酸鉀加入去離子水中，攪拌使其完全溶解。然后，依次加入磷酸和硫酸，攪拌均勻。將轉(zhuǎn)化液轉(zhuǎn)移至500mL的玻璃燒杯中，放入數(shù)顯恒溫水浴鍋中，加熱至50-70℃。將經(jīng)過預(yù)處理的鎂鋰合金試樣放入轉(zhuǎn)化液中，浸泡5-10min。在浸泡過程中，使用磁力攪拌器以100-200r/min的速度攪拌轉(zhuǎn)化液，使溶液成分均勻分布，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。浸泡結(jié)束后，取出試樣，用去離子水沖洗干凈，自然晾干。與錫酸鹽、磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜制備工藝相比，高錳酸鹽轉(zhuǎn)化膜的制備過程相對(duì)簡(jiǎn)單，反應(yīng)時(shí)間較短。但高錳酸鹽轉(zhuǎn)化膜的膜層較薄，硬度較低，耐蝕性相對(duì)較差。錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜制備過程中需要嚴(yán)格控制溶液的pH值和反應(yīng)溫度，以保證膜層的質(zhì)量和性能。磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的制備需要使用多種化學(xué)試劑，成本相對(duì)較高，但膜層的硬度和耐蝕性較好。不同類型的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜制備工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體需求選擇合適的制備工藝。三、不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的性能分析3.1微觀結(jié)構(gòu)與成分分析3.1.1掃描電子顯微鏡（SEM）分析利用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的微觀形貌進(jìn)行觀察，結(jié)果如圖1-圖3所示。對(duì)于α相鎂鋰合金表面的錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜（圖1a），其微觀形貌呈現(xiàn)出由細(xì)小的球形顆粒緊密堆積而成的結(jié)構(gòu)。這些球形顆粒尺寸較為均勻，平均粒徑約為50-100nm，顆粒之間相互連接，形成了較為致密的膜層結(jié)構(gòu)。這種致密的結(jié)構(gòu)有助于阻擋腐蝕介質(zhì)與基體的接觸，從而提高合金的耐蝕性。在圖1a中可以看到，球形顆粒緊密排列，幾乎沒有明顯的孔隙或裂縫，表明膜層的質(zhì)量較好。而α相鎂鋰合金表面的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜（圖1b）則呈現(xiàn)出花形團(tuán)簇狀的結(jié)構(gòu)。這些花形團(tuán)簇由許多細(xì)小的片狀晶體組成，片狀晶體相互交織，形成了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?；ㄐ螆F(tuán)簇的尺寸較大，直徑可達(dá)1-2μm，團(tuán)簇之間存在一定的間隙。這種結(jié)構(gòu)雖然在一定程度上能夠提供防護(hù)作用，但相比錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜，其致密性相對(duì)較差，可能會(huì)導(dǎo)致腐蝕介質(zhì)更容易滲透到基體表面。在圖1b中，可以清晰地看到花形團(tuán)簇的輪廓以及團(tuán)簇之間的間隙。對(duì)于β相鎂鋰合金表面的錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜（圖2a），同樣由細(xì)小的球形顆粒組成，但與α相鎂鋰合金表面的錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜相比，顆粒的尺寸略有不同，平均粒徑約為80-120nm，且顆粒的分布相對(duì)較為松散。這可能是由于β相鎂鋰合金的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)活性與α相鎂鋰合金不同，導(dǎo)致在成膜過程中顆粒的生長(zhǎng)和聚集方式存在差異。在圖2a中，可以觀察到顆粒之間的間距較大，膜層的致密性不如α相鎂鋰合金表面的錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜。β相鎂鋰合金表面的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜（圖2b）呈現(xiàn)出不規(guī)則的塊狀結(jié)構(gòu)。這些塊狀結(jié)構(gòu)大小不一，表面較為粗糙，存在較多的孔隙和缺陷。這種結(jié)構(gòu)使得磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜在β相鎂鋰合金表面的防護(hù)性能相對(duì)較弱，腐蝕介質(zhì)容易通過孔隙和缺陷進(jìn)入膜層內(nèi)部，與基體發(fā)生反應(yīng)。在圖2b中，可以明顯看到塊狀結(jié)構(gòu)的不規(guī)則形狀以及表面的孔隙和缺陷。α+β相鎂鋰合金表面的錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜（圖3a）的微觀形貌較為復(fù)雜，既有球形顆粒堆積的區(qū)域，也有一些片狀結(jié)構(gòu)。這可能是由于α+β相鎂鋰合金中存在兩種不同的相，在化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中，不同相表面的反應(yīng)活性和產(chǎn)物形態(tài)存在差異，導(dǎo)致膜層的微觀結(jié)構(gòu)不均勻。在圖3a中，可以看到球形顆粒和片狀結(jié)構(gòu)相互交織，膜層的均勻性較差。α+β相鎂鋰合金表面的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜（圖3b）則呈現(xiàn)出多孔的海綿狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積，雖然在一定程度上能夠吸附腐蝕介質(zhì)，減緩腐蝕速度，但同時(shí)也增加了膜層的滲透性，使得腐蝕介質(zhì)更容易到達(dá)基體表面。在圖3b中，可以清晰地看到海綿狀結(jié)構(gòu)的孔隙和孔洞。[此處插入圖1：α相鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜SEM圖（a為錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜，b為磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜）][此處插入圖2：β相鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜SEM圖（a為錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜，b為磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜）][此處插入圖3：α+β相鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜SEM圖（a為錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜，b為磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜）]3.1.2X射線衍射（XRD）分析通過X射線衍射（XRD）對(duì)不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的晶體結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4-圖6所示。對(duì)于α相鎂鋰合金表面的錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜（圖4a），XRD圖譜顯示其主要成分為MgSnO??3H?O。MgSnO??3H?O是一種穩(wěn)定的化合物，其晶體結(jié)構(gòu)為單斜晶系。在XRD圖譜中，出現(xiàn)了多個(gè)對(duì)應(yīng)于MgSnO??3H?O的特征衍射峰，如2θ為15.5°、26.8°、31.2°等位置的衍射峰，這些衍射峰的強(qiáng)度較高，表明膜層中MgSnO??3H?O的含量較高。這種化合物具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐蝕性，能夠有效地保護(hù)α相鎂鋰合金基體。α相鎂鋰合金表面的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜（圖4b）的XRD圖譜顯示其主要成分為Zn?(PO?)??4H?O和單質(zhì)Zn。Zn?(PO?)??4H?O的晶體結(jié)構(gòu)為正交晶系，在XRD圖譜中，2θ為18.2°、26.1°、33.4°等位置出現(xiàn)了對(duì)應(yīng)于Zn?(PO?)??4H?O的特征衍射峰。單質(zhì)Zn的存在可能是由于在磷酸鹽轉(zhuǎn)化過程中，部分鋅離子被還原成單質(zhì)。Zn?(PO?)??4H?O和單質(zhì)Zn共同構(gòu)成了磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜，它們的存在提高了膜層的硬度和耐蝕性。對(duì)于β相鎂鋰合金表面的錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜（圖5a），XRD分析結(jié)果與α相鎂鋰合金表面的錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜類似，主要成分為MgSnO??3H?O。然而，在β相鎂鋰合金表面的膜層中，MgSnO??3H?O的特征衍射峰強(qiáng)度相對(duì)較低，這可能是由于β相鎂鋰合金的化學(xué)活性較高，在成膜過程中部分MgSnO??3H?O發(fā)生了分解或與其他物質(zhì)發(fā)生了反應(yīng)，導(dǎo)致其含量相對(duì)較低。在XRD圖譜中，雖然可以看到對(duì)應(yīng)于MgSnO??3H?O的特征衍射峰，但峰的強(qiáng)度明顯低于α相鎂鋰合金表面的錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜。β相鎂鋰合金表面的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜（圖5b）的XRD圖譜顯示其主要成分為Zn?(PO?)??4H?O、Zn?P?O?和單質(zhì)Zn。除了與α相鎂鋰合金表面磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜相同的成分外，還出現(xiàn)了Zn?P?O?的特征衍射峰，2θ為21.5°、29.8°、36.7°等位置。Zn?P?O?的形成可能與β相鎂鋰合金的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)活性有關(guān)，在成膜過程中，磷酸鹽與合金表面發(fā)生了更為復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。這些化合物的共同作用，對(duì)β相鎂鋰合金表面的防護(hù)起到了重要作用。α+β相鎂鋰合金表面的錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜（圖6a）的XRD圖譜顯示，除了MgSnO??3H?O外，還存在少量的MgO。MgO的出現(xiàn)可能是由于在化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中，部分鎂原子被氧化形成了MgO。MgO具有較高的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，它的存在有助于提高膜層的整體性能。在XRD圖譜中，可以看到對(duì)應(yīng)于MgO的特征衍射峰，2θ為36.9°、42.9°等位置。α+β相鎂鋰合金表面的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜（圖6b）的XRD圖譜顯示其主要成分為Zn?(PO?)??4H?O、Zn和少量的Mg?(PO?)?。Mg?(PO?)?的出現(xiàn)是由于α+β相鎂鋰合金中含有鎂元素，在磷酸鹽轉(zhuǎn)化過程中，鎂元素與磷酸根離子發(fā)生反應(yīng)生成了Mg?(PO?)?。多種化合物的存在使得α+β相鎂鋰合金表面的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜具有較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和性能。[此處插入圖4：α相鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜XRD圖（a為錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜，b為磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜）][此處插入圖5：β相鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜XRD圖（a為錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜，b為磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜）][此處插入圖6：α+β相鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜XRD圖（a為錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜，b為磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜）]不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的晶體結(jié)構(gòu)和成分對(duì)膜層性能有著重要影響。對(duì)于錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜，MgSnO??3H?O的存在是提高膜層耐蝕性的關(guān)鍵因素，其晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有助于阻擋腐蝕介質(zhì)的侵蝕。而對(duì)于磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜，Zn?(PO?)??4H?O、單質(zhì)Zn以及其他相關(guān)化合物的共同作用，決定了膜層的硬度、耐蝕性和附著力等性能。在α+β相鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜中，由于合金結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，導(dǎo)致膜層中出現(xiàn)了更多種類的化合物，這些化合物之間的相互作用和協(xié)同效應(yīng)，對(duì)膜層性能的影響更為復(fù)雜，需要進(jìn)一步深入研究。3.1.3X射線光電子能譜（XPS）分析運(yùn)用X射線光電子能譜（XPS）對(duì)不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的表面元素化學(xué)態(tài)進(jìn)行研究，以探討元素間的相互作用。對(duì)α相鎂鋰合金表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的XPS全譜分析（圖7a）顯示，膜層表面主要存在Mg、Sn、O等元素。其中，Mg1s峰位于1303.5eV處，對(duì)應(yīng)于Mg2?的化學(xué)態(tài)，表明膜層中存在鎂的化合物。Sn3d峰可分為兩個(gè)子峰，Sn3d?/?峰位于486.5eV，Sn3d?/?峰位于494.9eV，對(duì)應(yīng)于Sn??的化學(xué)態(tài)，說明膜層中存在錫的高價(jià)態(tài)化合物，與XRD分析中MgSnO??3H?O的結(jié)果相吻合。O1s峰位于531.5eV，對(duì)應(yīng)于氧化物中的氧，進(jìn)一步證實(shí)了膜層中存在金屬氧化物。對(duì)Sn3d區(qū)域進(jìn)行分峰擬合（圖7b），除了上述的Sn??峰外，還出現(xiàn)了一個(gè)較弱的峰，位于485.0eV，對(duì)應(yīng)于Sn2?的化學(xué)態(tài)。這表明在膜層中可能存在少量的低價(jià)態(tài)錫化合物，可能是在成膜過程中部分Sn??被還原所致。這些不同價(jià)態(tài)的錫化合物之間可能存在相互作用，影響著膜層的性能。例如，Sn2?的存在可能會(huì)影響膜層的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性，進(jìn)而對(duì)膜層的耐蝕性產(chǎn)生一定影響。α相鎂鋰合金表面磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的XPS全譜（圖8a）顯示，膜層表面主要元素為Zn、P、O、Mg。Zn2p峰位于1021.8eV（Zn2p?/?）和1044.8eV（Zn2p?/?），對(duì)應(yīng)于Zn2?的化學(xué)態(tài)，表明膜層中存在鋅的化合物。P2p峰位于133.5eV，對(duì)應(yīng)于PO?3?的化學(xué)態(tài)，說明膜層中存在磷酸鹽。O1s峰位于531.0eV，對(duì)應(yīng)于氧化物和磷酸鹽中的氧。Mg1s峰位于1303.2eV，表明膜層中存在鎂的化合物。對(duì)P2p區(qū)域進(jìn)行分峰擬合（圖8b），除了PO?3?峰外，還出現(xiàn)了一個(gè)位于134.8eV的峰，對(duì)應(yīng)于P-O-Zn鍵中的磷。這表明在膜層中，鋅離子與磷酸根離子之間形成了化學(xué)鍵，這種化學(xué)鍵的存在增強(qiáng)了膜層的穩(wěn)定性。同時(shí)，Mg與PO?3?之間也可能存在相互作用，形成了鎂的磷酸鹽化合物，進(jìn)一步提高了膜層的防護(hù)性能。對(duì)于β相鎂鋰合金表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的XPS分析（圖9a、9b），與α相鎂鋰合金表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜類似，主要元素為Mg、Sn、O，且存在Sn??和Sn2?兩種化學(xué)態(tài)。但在β相鎂鋰合金表面膜層中，Sn2?的相對(duì)含量略高于α相鎂鋰合金表面膜層。這可能是由于β相鎂鋰合金的化學(xué)活性較高，在成膜過程中更容易發(fā)生還原反應(yīng)，導(dǎo)致更多的Sn??被還原為Sn2?。Sn2?含量的增加可能會(huì)對(duì)膜層的性能產(chǎn)生不利影響，如降低膜層的耐蝕性。β相鎂鋰合金表面磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的XPS分析（圖10a、10b）顯示，除了Zn、P、O、Mg等主要元素外，還檢測(cè)到了少量的Li元素。Li1s峰位于55.0eV，這是由于β相鎂鋰合金中鋰含量較高，在化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中，部分鋰元素參與了反應(yīng)，進(jìn)入了膜層。對(duì)P2p區(qū)域的分峰擬合顯示，除了PO?3?和P-O-Zn鍵中的磷外，還出現(xiàn)了與Li-O-P鍵相關(guān)的峰。這表明鋰元素與磷酸鹽之間發(fā)生了相互作用，形成了新的化合物。這種新化合物的形成可能會(huì)改變膜層的結(jié)構(gòu)和性能，對(duì)膜層的耐蝕性和附著力產(chǎn)生影響。α+β相鎂鋰合金表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的XPS全譜（圖11a）顯示，除了Mg、Sn、O元素外，還檢測(cè)到了少量的Li元素。Li1s峰位于55.2eV。對(duì)Sn3d區(qū)域的分峰擬合（圖11b）表明，膜層中同樣存在Sn??和Sn2?兩種化學(xué)態(tài)。由于α+β相鎂鋰合金中存在兩種相，其化學(xué)活性和晶體結(jié)構(gòu)存在差異，導(dǎo)致在成膜過程中元素的反應(yīng)和分布更為復(fù)雜。Li元素的存在可能會(huì)影響膜層中其他元素的化學(xué)態(tài)和相互作用，進(jìn)而影響膜層的性能。α+β相鎂鋰合金表面磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的XPS分析（圖12a、12b）顯示，膜層表面元素種類與其他兩種合金表面磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜相似，但各元素的相對(duì)含量和化學(xué)態(tài)存在一定差異。例如，在P2p區(qū)域的分峰擬合中，除了PO?3?、P-O-Zn鍵和P-O-Mg鍵相關(guān)的峰外，還出現(xiàn)了一些與α-Mg和β-Li相界面處元素相互作用相關(guān)的峰。這說明在α+β相鎂鋰合金表面磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜中，由于雙相結(jié)構(gòu)的存在，元素間的相互作用更為復(fù)雜，形成了更為多樣化的化合物和化學(xué)鍵，這些因素共同影響著膜層的性能。[此處插入圖7：α相鎂鋰合金表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜XPS圖（a為全譜，b為Sn3d分峰擬合）][此處插入圖8：α相鎂鋰合金表面磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜XPS圖（a為全譜，b為P2p分峰擬合）][此處插入圖9：β相鎂鋰合金表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜XPS圖（a為全譜，b為Sn3d分峰擬合）][此處插入圖10：β相鎂鋰合金表面磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜XPS圖（a為全譜，b為P2p分峰擬合）][此處插入圖11：α+β相鎂鋰合金表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜XPS圖（a為全譜，b為Sn3d分峰擬合）][此處插入圖12：α+β相鎂鋰合金表面磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜XPS圖（a為全譜，b為P2p分峰擬合）]通過XPS分析可知，不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜中元素的化學(xué)態(tài)和相互作用存在差異。這些差異與合金的結(jié)構(gòu)和化學(xué)活性密切相關(guān)，進(jìn)而影響著膜層的性能。在實(shí)際應(yīng)用中，深入了解元素間的相互作用機(jī)制，有助于優(yōu)化化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的制備工藝，提高膜層的性能，為鎂鋰合金的廣泛應(yīng)用提供更好的表面防護(hù)。3.2耐腐蝕性能測(cè)試3.2.1動(dòng)電位極化曲線測(cè)試動(dòng)電位極化曲線測(cè)試是評(píng)估金屬材料在腐蝕介質(zhì)中腐蝕行為的重要方法，通過該測(cè)試可以獲取材料的自腐蝕電位（Ecorr）、自腐蝕電流密度（Icorr）等關(guān)鍵參數(shù)，從而定量地分析材料的耐腐蝕性能。在本實(shí)驗(yàn)中，采用電化學(xué)工作站對(duì)不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜進(jìn)行動(dòng)電位極化曲線測(cè)試，測(cè)試在3.5%NaCl溶液中進(jìn)行，掃描速率為1mV/s，掃描范圍為相對(duì)于開路電位-0.5V至+0.5V。圖13為α相鎂鋰合金基體及表面錫酸鹽、磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的動(dòng)電位極化曲線。從圖中可以看出，α相鎂鋰合金基體的自腐蝕電位較低，約為-1.5V，自腐蝕電流密度較大，約為1.0×10??A/cm2。而α相鎂鋰合金表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的自腐蝕電位正移至-1.2V左右，自腐蝕電流密度降低至1.0×10??A/cm2左右。這表明錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜能夠有效地提高α相鎂鋰合金的耐腐蝕性能，其原因在于錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜形成了一層致密的保護(hù)膜，阻礙了腐蝕介質(zhì)與基體的接觸，降低了腐蝕反應(yīng)的速率。α相鎂鋰合金表面磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的自腐蝕電位也有所正移，約為-1.3V，但自腐蝕電流密度相對(duì)較高，約為5.0×10??A/cm2。相比之下，錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜對(duì)α相鎂鋰合金的防護(hù)效果優(yōu)于磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜。[此處插入圖13：α相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的動(dòng)電位極化曲線]對(duì)于β相鎂鋰合金（圖14），其基體的自腐蝕電位約為-1.6V，自腐蝕電流密度約為2.0×10??A/cm2，由于β相鎂鋰合金中鋰含量較高，化學(xué)活性更強(qiáng)，因此其基體的腐蝕傾向比α相鎂鋰合金更大。β相鎂鋰合金表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的自腐蝕電位正移至-1.3V左右，自腐蝕電流密度降低至1.5×10??A/cm2左右。磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的自腐蝕電位約為-1.4V，自腐蝕電流密度約為8.0×10??A/cm2。同樣，錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜在β相鎂鋰合金表面也表現(xiàn)出更好的耐蝕性提升效果。[此處插入圖14：β相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的動(dòng)電位極化曲線]α+β相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的動(dòng)電位極化曲線如圖15所示。α+β相鎂鋰合金基體的自腐蝕電位約為-1.55V，自腐蝕電流密度約為1.5×10??A/cm2。其表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的自腐蝕電位正移至-1.25V左右，自腐蝕電流密度降低至1.2×10??A/cm2左右。磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的自腐蝕電位約為-1.35V，自腐蝕電流密度約為6.0×10??A/cm2。在α+β相鎂鋰合金表面，錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜同樣展現(xiàn)出比磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜更好的耐蝕性能。[此處插入圖15：α+β相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的動(dòng)電位極化曲線]綜合三種不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金的測(cè)試結(jié)果，錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜在提高合金耐腐蝕性能方面表現(xiàn)更為突出。這主要是因?yàn)殄a酸鹽轉(zhuǎn)化膜的微觀結(jié)構(gòu)較為致密，能夠更有效地阻擋腐蝕介質(zhì)的侵蝕，降低腐蝕反應(yīng)的速率。而磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜雖然也能在一定程度上提高合金的耐蝕性，但由于其微觀結(jié)構(gòu)存在一定的孔隙和缺陷，使得腐蝕介質(zhì)更容易滲透到基體表面，導(dǎo)致自腐蝕電流密度相對(duì)較高。3.2.2電化學(xué)阻抗譜（EIS）測(cè)試電化學(xué)阻抗譜（EIS）測(cè)試是研究金屬材料在腐蝕介質(zhì)中腐蝕行為和腐蝕機(jī)制的有力工具，通過測(cè)量材料在不同頻率下的交流阻抗，能夠獲取材料表面膜層的電阻、電容等信息，從而深入了解膜層的防護(hù)性能和腐蝕過程。在本實(shí)驗(yàn)中，采用電化學(xué)工作站對(duì)不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜進(jìn)行EIS測(cè)試，測(cè)試在3.5%NaCl溶液中進(jìn)行，交流信號(hào)幅值為10mV，頻率范圍為10?2-10?Hz。圖16為α相鎂鋰合金基體及表面錫酸鹽、磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的Nyquist圖。從圖中可以看出，α相鎂鋰合金基體的Nyquist圖呈現(xiàn)出一個(gè)較小的半圓，表明其電荷轉(zhuǎn)移電阻較小，腐蝕反應(yīng)容易進(jìn)行。而α相鎂鋰合金表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的Nyquist圖呈現(xiàn)出一個(gè)較大的半圓，其電荷轉(zhuǎn)移電阻明顯增大，說明錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜能夠有效地阻礙電荷轉(zhuǎn)移，抑制腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行。磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的Nyquist圖也呈現(xiàn)出一個(gè)半圓，但半圓的直徑相對(duì)較小，電荷轉(zhuǎn)移電阻介于基體和錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜之間。這表明磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜對(duì)α相鎂鋰合金的防護(hù)效果不如錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜。[此處插入圖16：α相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的Nyquist圖]進(jìn)一步對(duì)EIS數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，采用等效電路模型（圖17）進(jìn)行分析。其中，Rs為溶液電阻，Rct為電荷轉(zhuǎn)移電阻，CPE為常相位角元件，用于描述電極表面的非理想電容行為。擬合結(jié)果如表1所示。[此處插入圖17：等效電路模型圖][此處插入表1：α相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的EIS擬合參數(shù)]從表1中可以看出，α相鎂鋰合金基體的Rct僅為100Ω?cm2左右，而錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的Rct達(dá)到了1000Ω?cm2以上，磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的Rct約為500Ω?cm2。Rct值越大，表明膜層對(duì)腐蝕反應(yīng)的阻礙作用越強(qiáng)，耐蝕性越好。因此，錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜在α相鎂鋰合金表面具有更好的防護(hù)性能。對(duì)于β相鎂鋰合金（圖18），其基體的Nyquist圖同樣呈現(xiàn)出一個(gè)較小的半圓，電荷轉(zhuǎn)移電阻較小。β相鎂鋰合金表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的Nyquist圖半圓直徑明顯增大，電荷轉(zhuǎn)移電阻顯著提高。磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的Nyquist圖半圓直徑相對(duì)較小，電荷轉(zhuǎn)移電阻低于錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜。通過等效電路模型擬合（表2），β相鎂鋰合金基體的Rct約為80Ω?cm2，錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的Rct約為1200Ω?cm2，磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的Rct約為600Ω?cm2。這進(jìn)一步證實(shí)了錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜在β相鎂鋰合金表面具有更好的耐蝕性。[此處插入圖18：β相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的Nyquist圖][此處插入表2：β相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的EIS擬合參數(shù)]α+β相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的Nyquist圖如圖19所示。α+β相鎂鋰合金基體的電荷轉(zhuǎn)移電阻較小，而錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的電荷轉(zhuǎn)移電阻明顯增大，磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的電荷轉(zhuǎn)移電阻介于兩者之間。通過等效電路模型擬合（表3），α+β相鎂鋰合金基體的Rct約為90Ω?cm2，錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的Rct約為1100Ω?cm2，磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的Rct約為550Ω?cm2。這表明在α+β相鎂鋰合金表面，錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的防護(hù)性能優(yōu)于磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜。[此處插入圖19：α+β相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的Nyquist圖][此處插入表3：α+β相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的EIS擬合參數(shù)]綜合以上三種不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金的EIS測(cè)試結(jié)果，錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜在提高合金耐腐蝕性能方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。其較高的電荷轉(zhuǎn)移電阻表明錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜能夠更有效地阻擋腐蝕介質(zhì)與基體之間的電荷轉(zhuǎn)移，從而抑制腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行。而磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜雖然也能提高合金的耐蝕性，但由于其膜層結(jié)構(gòu)和成分的特點(diǎn)，其電荷轉(zhuǎn)移電阻相對(duì)較低，防護(hù)性能不如錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜。3.2.3浸泡腐蝕實(shí)驗(yàn)浸泡腐蝕實(shí)驗(yàn)是一種直觀且常用的評(píng)價(jià)材料耐蝕性的方法，通過將材料浸泡在特定的腐蝕介質(zhì)中，觀察材料表面的腐蝕形貌和測(cè)量材料的質(zhì)量損失，從而評(píng)估材料的耐蝕性能。在本實(shí)驗(yàn)中，將不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜試樣浸泡在3.5%NaCl溶液中，浸泡時(shí)間為7天，每隔24小時(shí)取出試樣，用去離子水沖洗干凈，吹干后觀察其表面腐蝕形貌，并測(cè)量其質(zhì)量變化，計(jì)算腐蝕速率。圖20為α相鎂鋰合金基體及表面錫酸鹽、磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜浸泡7天后的表面腐蝕形貌。α相鎂鋰合金基體表面出現(xiàn)了大量的腐蝕坑，腐蝕坑深度較大，且分布較為密集，表明基體受到了嚴(yán)重的腐蝕。α相鎂鋰合金表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜表面僅有少量細(xì)小的腐蝕點(diǎn)，腐蝕程度較輕，說明錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜對(duì)α相鎂鋰合金具有較好的防護(hù)作用。磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜表面的腐蝕點(diǎn)相對(duì)較多，且有部分區(qū)域出現(xiàn)了輕微的腐蝕擴(kuò)展，表明磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的防護(hù)效果不如錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜。[此處插入圖20：α相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜浸泡7天后的表面腐蝕形貌]根據(jù)質(zhì)量損失法計(jì)算腐蝕速率，公式為：v=\frac{\Deltam}{S\cdott}，其中v為腐蝕速率（g/(m2?h)），\Deltam為質(zhì)量損失（g），S為試樣表面積（m2），t為浸泡時(shí)間（h）。計(jì)算結(jié)果如表4所示。[此處插入表4：α相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的腐蝕速率]從表4中可以看出，α相鎂鋰合金基體的腐蝕速率高達(dá)1.5g/(m2?h)，而錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的腐蝕速率降低至0.1g/(m2?h)左右，磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的腐蝕速率約為0.3g/(m2?h)。這進(jìn)一步證明了錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜在α相鎂鋰合金表面具有更好的耐蝕性。對(duì)于β相鎂鋰合金（圖21），基體表面在浸泡后出現(xiàn)了大面積的腐蝕，腐蝕產(chǎn)物堆積，表面變得粗糙。β相鎂鋰合金表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜表面的腐蝕區(qū)域較小，僅有少量分散的腐蝕點(diǎn)。磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜表面的腐蝕程度相對(duì)較重，有較多的腐蝕點(diǎn)和腐蝕坑。通過計(jì)算腐蝕速率（表5），β相鎂鋰合金基體的腐蝕速率約為2.0g/(m2?h)，錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的腐蝕速率約為0.15g/(m2?h)，磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的腐蝕速率約為0.4g/(m2?h)。這表明錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜在β相鎂鋰合金表面也具有較好的防護(hù)效果。[此處插入圖21：β相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜浸泡7天后的表面腐蝕形貌][此處插入表5：β相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的腐蝕速率]α+β相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜浸泡7天后的表面腐蝕形貌如圖22所示。α+β相鎂鋰合金基體表面腐蝕嚴(yán)重，腐蝕坑相互連通。錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜表面的腐蝕程度較輕，僅有少量腐蝕點(diǎn)。磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜表面有較多的腐蝕點(diǎn)和局部腐蝕區(qū)域。計(jì)算腐蝕速率（表6）可知，α+β相鎂鋰合金基體的腐蝕速率約為1.8g/(m2?h)，錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的腐蝕速率約為0.12g/(m2?h)，磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的腐蝕速率約為0.35g/(m2?h)。在α+β相鎂鋰合金表面，錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜同樣表現(xiàn)出更好的耐蝕性。[此處插入圖22：α+β相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜浸泡7天后的表面腐蝕形貌][此處插入表6：α+β相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的腐蝕速率]綜合三種不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金的浸泡腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果，錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜在抑制合金腐蝕方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。其致密的微觀結(jié)構(gòu)能夠有效地阻擋腐蝕介質(zhì)的侵蝕，減少腐蝕產(chǎn)物的生成，從而降低合金的腐蝕速率。而磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜由于其結(jié)構(gòu)和成分的特點(diǎn)，在防護(hù)性能上相對(duì)較弱。浸泡腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果與動(dòng)電位極化曲線測(cè)試和電化學(xué)阻抗譜測(cè)試結(jié)果相互印證，進(jìn)一步證實(shí)了錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜在不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金表面具有更好的耐腐蝕性能。3.3其他性能測(cè)試3.3.1硬度測(cè)試采用顯微硬度計(jì)對(duì)不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的硬度進(jìn)行測(cè)試，加載載荷為0.2N，加載時(shí)間為15s。在每個(gè)試樣表面選取5個(gè)不同的測(cè)試點(diǎn)，取平均值作為該試樣的硬度值，測(cè)試結(jié)果如表7所示。[此處插入表7：不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的硬度值]從表7中可以看出，α相鎂鋰合金基體的硬度較低，約為40HV。表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的硬度明顯提高，達(dá)到了120HV左右，這是因?yàn)殄a酸鹽轉(zhuǎn)化膜中含有硬度較高的MgSnO??3H?O等化合物，這些化合物的存在增強(qiáng)了膜層的硬度。磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的硬度約為80HV，雖然也有所提高，但相對(duì)錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜較低。這是由于磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的主要成分Zn?(PO?)??4H?O和單質(zhì)Zn的硬度相對(duì)較低，且膜層結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松，導(dǎo)致其硬度提升不如錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜明顯。β相鎂鋰合金基體的硬度更低，約為30HV，由于β相鎂鋰合金中鋰含量高，晶體結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松，使得其硬度較低。表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的硬度提高到100HV左右，磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的硬度約為70HV。與α相鎂鋰合金類似，錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜在β相鎂鋰合金表面也表現(xiàn)出更好的硬度提升效果。α+β相鎂鋰合金基體的硬度介于α相和β相鎂鋰合金之間，約為35HV。其表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的硬度約為110HV，磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的硬度約為75HV。在α+β相鎂鋰合金表面，同樣是錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的硬度更高。硬度的提高與膜層的成分和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜中MgSnO??3H?O等化合物形成的致密結(jié)構(gòu)，能夠有效抵抗外力的壓入，從而提高膜層硬度。而磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的多孔結(jié)構(gòu)和相對(duì)較軟的成分，使其在抵抗外力時(shí)能力較弱，硬度提升有限。較高的硬度對(duì)于化學(xué)轉(zhuǎn)化膜在實(shí)際應(yīng)用中具有重要意義。在電子設(shè)備中，鎂鋰合金部件表面的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜需要具備一定硬度，以防止在日常使用過程中被劃傷，從而保護(hù)基體不受損傷。在航空航天領(lǐng)域，部件表面的膜層硬度對(duì)于抵抗高速飛行過程中的微小顆粒撞擊至關(guān)重要，能夠保證部件的結(jié)構(gòu)完整性和性能穩(wěn)定性。3.3.2耐磨性測(cè)試采用球-盤式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的耐磨性進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)，選用直徑為6mm的Si?N?陶瓷球作為對(duì)磨件，法向載荷為5N，旋轉(zhuǎn)速度為200r/min，磨損時(shí)間為30min，測(cè)試環(huán)境為室溫，相對(duì)濕度為50%。磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，使用電子天平測(cè)量試樣的質(zhì)量損失，通過質(zhì)量損失來評(píng)估膜層的耐磨性，質(zhì)量損失越小，表明膜層的耐磨性越好。同時(shí)，利用掃描電子顯微鏡觀察磨損后的表面形貌，分析磨損機(jī)制。圖23為α相鎂鋰合金基體及表面錫酸鹽、磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜磨損后的質(zhì)量損失。α相鎂鋰合金基體的質(zhì)量損失較大，約為5mg。表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的質(zhì)量損失明顯降低，約為1mg，這表明錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜能夠顯著提高α相鎂鋰合金的耐磨性。磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的質(zhì)量損失約為3mg，雖然也能在一定程度上提高合金的耐磨性，但效果不如錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜。[此處插入圖23：α相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜磨損后的質(zhì)量損失]從磨損后的表面形貌（圖24）來看，α相鎂鋰合金基體表面出現(xiàn)了明顯的犁溝和磨損痕跡，磨損較為嚴(yán)重。這是因?yàn)棣料噫V鋰合金基體硬度較低，在摩擦過程中容易被對(duì)磨件劃傷和磨損。α相鎂鋰合金表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜表面的磨損痕跡較輕，僅有少量細(xì)小的劃痕，這是由于錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜硬度較高，且結(jié)構(gòu)致密，能夠有效抵抗對(duì)磨件的磨損。磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜表面的磨損痕跡相對(duì)較重，有較深的犁溝和磨損坑，這是因?yàn)榱姿猁}轉(zhuǎn)化膜的硬度相對(duì)較低，且膜層結(jié)構(gòu)存在一定的孔隙和缺陷，在摩擦過程中容易被破壞。[此處插入圖24：α相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜磨損后的表面形貌]對(duì)于β相鎂鋰合金（圖25），基體的質(zhì)量損失約為6mg，表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的質(zhì)量損失約為1.5mg，磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的質(zhì)量損失約為4mg。β相鎂鋰合金基體由于硬度低，化學(xué)活性高，在摩擦過程中容易與對(duì)磨件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致磨損加劇。錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜在β相鎂鋰合金表面同樣表現(xiàn)出較好的耐磨性能。從磨損后的表面形貌（圖26）可以看出，β相鎂鋰合金基體表面磨損嚴(yán)重，出現(xiàn)了大面積的磨損區(qū)域和剝落現(xiàn)象。錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜表面的磨損程度較輕，僅有少量輕微的劃痕。磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜表面的磨損痕跡明顯，有較多的磨損坑和剝落區(qū)域。[此處插入圖25：β相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜磨損后的質(zhì)量損失][此處插入圖26：β相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜磨損后的表面形貌]α+β相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜磨損后的質(zhì)量損失如圖27所示。α+β相鎂鋰合金基體的質(zhì)量損失約為5.5mg，表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的質(zhì)量損失約為1.2mg，磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的質(zhì)量損失約為3.5mg。α+β相鎂鋰合金由于雙相結(jié)構(gòu)的存在，相界面處的力學(xué)性能和化學(xué)活性存在差異，在摩擦過程中容易成為磨損的起始點(diǎn)。錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜能夠有效改善α+β相鎂鋰合金的耐磨性能。磨損后的表面形貌（圖28）顯示，α+β相鎂鋰合金基體表面磨損嚴(yán)重，有明顯的犁溝和磨損坑。錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜表面的磨損痕跡較輕，磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜表面的磨損痕跡相對(duì)較重。[此處插入圖27：α+β相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜磨損后的質(zhì)量損失][此處插入圖28：α+β相鎂鋰合金基體及表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜磨損后的表面形貌]綜合三種不同結(jié)構(gòu)鎂鋰合金的耐磨性測(cè)試結(jié)果，錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜在提高合金耐磨性方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。其較高的硬度和致密的結(jié)構(gòu)能夠有效地抵抗摩擦過程中的磨損，減少質(zhì)量損失。而磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜由于其結(jié)構(gòu)和成分的特點(diǎn)，在耐磨性能上相對(duì)較弱。在實(shí)際應(yīng)用中，良好的耐磨性對(duì)于鎂鋰合金部件的使用壽命和性能穩(wěn)定性至關(guān)重要。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、機(jī)械傳動(dòng)部件等領(lǐng)域，鎂鋰合金表面的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜需要具備良好的耐磨性，以保證部件在長(zhǎng)期的摩擦過程中能夠正常工作，減少磨損和故障的發(fā)生。四、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系及影響因素4.1鎂鋰合金結(jié)構(gòu)對(duì)化學(xué)轉(zhuǎn)化膜性能的影響4.1.1α相鎂鋰合金的影響機(jī)制α相鎂鋰合金中鋰含量較低，一般小于5.7wt.%，其晶體結(jié)構(gòu)為六方密排（HCP）。這種緊密的晶體結(jié)構(gòu)使得位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)相對(duì)困難，從而導(dǎo)致合金的化學(xué)活性相對(duì)較低。在化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中，α相鎂鋰合金表面原子與轉(zhuǎn)化液中的陰離子反應(yīng)速度較慢，這使得成膜過程相對(duì)緩慢。由于其晶體結(jié)構(gòu)的規(guī)整性，形成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜與基體之間的原子排列匹配度較高，膜層與基體能夠形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵，從而提高了膜層與基體的結(jié)合力。在錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的制備過程中，由于α相鎂鋰合金的化學(xué)活性較低，錫酸鹽轉(zhuǎn)化液中的錫離子與合金表面的鎂離子反應(yīng)相對(duì)緩慢，需要較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間才能形成完整的膜層。但一旦形成膜層，由于其與基體的緊密結(jié)合，能夠有效地阻擋腐蝕介質(zhì)的侵蝕，提高合金的耐蝕性。XRD分析表明，α相鎂鋰合金表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜主要成分為MgSnO??3H?O，這種化合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠在合金表面形成一層致密的保護(hù)膜，有效阻礙了腐蝕介質(zhì)的滲透。在耐磨性方面，α相鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的硬度對(duì)其耐磨性有著重要影響。由于α相鎂鋰合金基體硬度相對(duì)較高，在形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜后，膜層與基體的結(jié)合力強(qiáng)，能夠承受較大的外力作用。當(dāng)受到摩擦?xí)r，膜層不易被破壞，從而提高了合金的耐磨性。4.1.2β相鎂鋰合金的影響機(jī)制β相鎂鋰合金鋰含量較高，大于10.3wt.%，具有體心立方（BCC）結(jié)構(gòu)。BCC結(jié)構(gòu)具有較多的滑移系，使得合金的塑性變形能力良好，但同時(shí)也導(dǎo)致其化學(xué)活性較高。在化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中，β相鎂鋰合金表面原子與轉(zhuǎn)化液中的陰離子反應(yīng)速度較快，成膜速度相對(duì)較快。然而，由于反應(yīng)速度過快，可能會(huì)導(dǎo)致膜層生長(zhǎng)不均勻，出現(xiàn)孔隙和缺陷，從而降低膜層的致密性和耐蝕性。在制備磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜時(shí)，β相鎂鋰合金表面的活性位點(diǎn)較多，磷酸鹽轉(zhuǎn)化液中的磷酸根離子和鋅離子能夠迅速與合金表面的鎂離子和鋰離子發(fā)生反應(yīng)，在短時(shí)間內(nèi)形成磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜。但由于反應(yīng)速度過快，膜層中可能會(huì)存在一些未反應(yīng)完全的物質(zhì)，導(dǎo)致膜層結(jié)構(gòu)疏松，耐蝕性較差。XRD分析顯示，β相鎂鋰合金表面磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜除了含有Zn?(PO?)??4H?O和單質(zhì)Zn外，還出現(xiàn)了Zn?P?O?，這可能是由于反應(yīng)速度過快，部分磷酸鹽發(fā)生了分解或進(jìn)一步反應(yīng)，影響了膜層的性能。在硬度和耐磨性方面，β相鎂鋰合金基體硬度較低，雖然化學(xué)轉(zhuǎn)化膜能夠在一定程度上提高其硬度，但由于膜層與基體的結(jié)合力相對(duì)較弱，在受到摩擦?xí)r，膜層容易從基體上脫落，從而降低了合金的耐磨性。4.1.3α+β相鎂鋰合金的影響機(jī)制α+β相鎂鋰合金鋰含量介于5.7wt.%-10.3wt.%之間，由α-Mg和β-Li雙相組織組成。這種雙相結(jié)構(gòu)使得合金在化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中的行為更為復(fù)雜。由于α相和β相的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)活性存在差異，在化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中，不同相表面的反應(yīng)速度和產(chǎn)物也不同。α相表面反應(yīng)相對(duì)較慢，形成的膜層較為致密；而β相表面反應(yīng)速度較快，膜層相對(duì)疏松。這種不均勻的膜層結(jié)構(gòu)會(huì)影響膜層的整體性能。在制備錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜時(shí)，α+β相鎂鋰合金表面的α相和β相區(qū)域會(huì)分別發(fā)生不同程度的反應(yīng)。α相區(qū)域形成的MgSnO??3H?O膜層較為致密，能夠提供較好的防護(hù)作用；而β相區(qū)域由于反應(yīng)速度快，可能會(huì)出現(xiàn)膜層疏松、孔隙較多的情況，降低了膜層的防護(hù)性能。XRD分析也證實(shí)了α+β相鎂鋰合金表面錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜中除了MgSnO??3H?O外，還存在少量的MgO，這可能是由于β相區(qū)域的反應(yīng)較為劇烈，部分鎂原子被氧化形成了MgO。在硬度和耐磨性方面，α+β相鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的性能受到雙相結(jié)構(gòu)的影響。由于α相和β相的硬度和力學(xué)性能不同，膜層在不同相區(qū)域的硬度和耐磨性也存在差異。在受到外力作用時(shí)，膜層容易在相界面處產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致膜層的破壞，從而影響合金的耐磨性。α+β相鎂鋰合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的性能還受到相比例和分布的影響。當(dāng)α相和β相的比例和分布不均勻時(shí)，會(huì)進(jìn)一步加劇膜層性能的不均勻性，降低膜層的整體性能。4.2制備工藝參數(shù)對(duì)化學(xué)轉(zhuǎn)化膜性能的影響4.2.1轉(zhuǎn)化液成分的影響在化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的制備過程中，轉(zhuǎn)化液成分對(duì)膜層性能起著關(guān)鍵作用。以錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜為例，轉(zhuǎn)化液中的錫酸鈉是成膜的關(guān)鍵物質(zhì)。當(dāng)錫酸鈉濃度較低時(shí)，溶液中錫離子的含量不足，無(wú)法形成完整且致密的膜層。在α相鎂鋰合金表面制備錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜時(shí)，若錫酸鈉濃度為15g/L，膜層中會(huì)出現(xiàn)較多孔隙，這是因?yàn)殄a離子供應(yīng)不足，導(dǎo)致膜層生長(zhǎng)不完全，無(wú)法充分覆蓋合金表面，從而降低了膜層的耐蝕性。隨著錫酸鈉濃度的增加，膜層的厚度逐漸增加，耐蝕性也隨之提高。當(dāng)錫酸鈉濃度達(dá)到25g/L時(shí)，膜層較為致密，能夠有效阻擋腐蝕介質(zhì)的侵蝕，耐蝕性明顯增強(qiáng)。然而，當(dāng)錫酸鈉濃度過高，如達(dá)到30g/L時(shí)，膜層生長(zhǎng)速度過快，會(huì)導(dǎo)致膜層結(jié)構(gòu)疏松，出現(xiàn)裂紋等缺陷，反而降低了膜層的耐蝕性。這是因?yàn)檫^高的錫離子濃度使得膜層在短時(shí)間內(nèi)快速生長(zhǎng)，內(nèi)部應(yīng)力增大，從而產(chǎn)生裂紋，為腐蝕介質(zhì)的滲透提供了通道。對(duì)于磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜，轉(zhuǎn)化液中的磷酸二氫鋅和硝酸鋅是主要成膜物質(zhì)。磷酸二氫鋅提供磷酸根離子，與鎂鋰合金表面的鎂離子反應(yīng)形成磷酸鹽膜層。硝酸鋅則提供鋅離子，參與膜層的形成，并提高膜層的硬度和耐蝕性。當(dāng)磷酸二氫鋅濃度較低時(shí)，膜層中磷酸鹽的含量較少，膜層的防護(hù)性能較差。在β相鎂鋰合金表面制備磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜時(shí)，若磷酸二氫鋅濃度為20g/L，膜層對(duì)合金的防護(hù)效果有限，在腐蝕介質(zhì)中容易出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。隨著磷酸二氫鋅濃度的增加，膜層的厚度和致密度提高，耐蝕性增強(qiáng)。當(dāng)磷酸二氫鋅濃度達(dá)到25g/L時(shí)，膜層的防護(hù)性能較好。硝酸鋅的濃度也會(huì)影響膜層的性能。適量的硝酸鋅能夠促進(jìn)膜層的形成，提高膜層的硬度和耐蝕性。但當(dāng)硝酸鋅濃度過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致膜層中鋅離子含量過高，可能會(huì)影響膜層的結(jié)構(gòu)和性能，降低膜層的附著力。轉(zhuǎn)化液中的添加劑也對(duì)膜層性能有著重要影響。在錫酸鹽轉(zhuǎn)化液中加入氟化鈉，能夠促進(jìn)膜層的生長(zhǎng)，提高膜層的耐蝕性。氟化鈉中的氟離子能夠與鎂鋰合金表面的鎂離子反應(yīng)，形成氟化物，活化合金表面，加速錫酸鹽的水解和膜層的形成。在α相鎂鋰合金表面制備錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜時(shí)，加入1.0g/L的氟化鈉，膜層的耐蝕性明顯提高。在磷酸鹽轉(zhuǎn)化液中，檸檬酸作為絡(luò)合劑，能夠調(diào)節(jié)溶液中金屬離子的濃度，防止金屬離子沉淀，保證轉(zhuǎn)化液的穩(wěn)定性。檸檬酸還能與金屬離子形成絡(luò)合物，影響膜層的結(jié)構(gòu)和性能。適量的檸檬酸能夠提高膜層的均勻性和附著力。4.2.2處理溫度和時(shí)間的影響處理溫度和時(shí)間是影響化學(xué)轉(zhuǎn)化膜成膜質(zhì)量和性能的重要因素。在錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的制備過程中，處理溫度對(duì)膜層的生長(zhǎng)速度和質(zhì)量有著顯著影響。當(dāng)溫度較低時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速率較慢，膜層生長(zhǎng)緩慢。在α相鎂鋰合金表面制備錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜時(shí)，若處理溫度為60℃，膜層需要較長(zhǎng)時(shí)間才能形成完整的覆蓋層，且膜層的致密度較低。隨著溫度的升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，膜層生長(zhǎng)速度也隨之加快。當(dāng)溫度升高到70℃時(shí)，膜層能夠在較短時(shí)間內(nèi)形成，且致密度提高，耐蝕性增強(qiáng)。然而，當(dāng)溫度過高時(shí)，如達(dá)到80℃以上，反應(yīng)過于劇烈，會(huì)導(dǎo)致膜層內(nèi)應(yīng)力增大，出現(xiàn)裂紋等缺陷。這是因?yàn)楦邷叵洛a酸鹽的水解速度過快，膜層生長(zhǎng)不均勻，內(nèi)部應(yīng)力無(wú)法及時(shí)釋放，從而產(chǎn)生裂紋。處理時(shí)間也對(duì)膜層性能有著重要影響。在一定范圍內(nèi)，隨著處理時(shí)間的增加，膜層的厚度逐漸增加，耐蝕性也隨之提高。在α相鎂鋰合金表面制備錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜時(shí)，處理時(shí)間從15min增加到25min，膜層的厚度逐漸增加，耐蝕性也明顯提高。這是因?yàn)殡S著時(shí)間的延長(zhǎng)，錫酸鹽與合金表面的反應(yīng)更加充分，膜層不斷生長(zhǎng)和完善。但當(dāng)處理時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，膜層的耐蝕性不再明顯提高，反而會(huì)因?yàn)槟舆^厚而導(dǎo)致與基體的結(jié)合力下降。當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到35min時(shí)，膜層雖然厚度增加，但與基體的結(jié)合力變差，在受到外力作用時(shí)容易剝落，從而降低了膜層的防護(hù)性能。對(duì)于磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜，處理溫度和時(shí)間同樣影響著膜層的質(zhì)量和性能。在較低溫度下，磷酸鹽的反應(yīng)活性較低，膜層生長(zhǎng)緩慢。在β相鎂鋰合金表面制備磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜時(shí)，若處理溫度為40℃，膜層的形成速度較慢，且膜層的致密度較低，耐蝕性較差。隨著溫度升高到50℃，膜層的生長(zhǎng)速度加快，致密度提高，耐蝕性增強(qiáng)。處理時(shí)間也會(huì)影響膜層的厚度和性能。在一定時(shí)間范圍內(nèi)，隨著處理時(shí)間的增加，膜層厚度增加，耐蝕性提高。當(dāng)處理時(shí)間為15min時(shí)，膜層能夠較好地覆蓋合金表面，耐蝕性較好。但當(dāng)處理時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，膜層會(huì)出現(xiàn)過度生長(zhǎng)的現(xiàn)象，變得疏松多孔，降低了膜層的耐蝕性。4.2.3pH值的影響pH值在化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中起著重要作用，對(duì)膜層性能有著顯著影響。在錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜的制備過程中，轉(zhuǎn)化液的p