镁合金被誉为“21世纪绿色工程材料”,其广泛应用是实现我国低碳经济和可持续发展的重要举措。而耐蚀性能差是制约镁合金在国民经济和国防建设中广泛应用的瓶颈性问题。由于成本低廉、工艺操作简单和耐蚀性能优良等优点,化学转化膜已成为镁合金重要的防腐蚀技术。镁合金转化溶液设计是化学转化膜领域的核心话题,但是长久以来,镁合金转化溶液设计缺乏系统性的研究,较多借鉴于铝合金铬酸盐转化处理经验。本文从金属/溶液界面反应的角度出发,提出“酸比”的概念,即溶液总酸度与pH值的比值（TA/pH）。从金属/溶液界面上溶液一侧合理设计实验,研究转化溶液的酸比对转化膜微观微结构和耐蚀性能的影响,建立镁合金转化溶液调控和溶液设计准则。从金属一侧研究镁合金表面状态、本体显微组织及基体预热温度对转化膜显微结构和耐蚀性能的影响,以促使镁合金基础研究成果投入实际应用,为转化膜的发展提供技术参考和理论指导。主要研究内容如下:针对镁合金磷酸盐转化膜体系提出酸比的概念,建立了溶液调控和设计准则,实现转化溶液配方设计和优化。通过合理设计实验,采用统计的方法揭示转化溶液的酸比对转化膜微观结构和耐蚀性能的影响机制。结果表明,通过调节溶液的酸比可以进行转化溶液设计和调控。随着酸比降低转化膜变得更加均匀致密,膜层耐蚀性能更好。主要归因于三个方面:第一,酸比降低使溶液pH值升高、HPO42-浓度上升,导致MnHPO4的离子积增加,在反应时更容易达到MnHPO4的临界过饱和度,从而提高膜层晶体形核密度。第二,酸比降低导致成膜过程中的电化学反应速率降低,使成膜过程析氢减少。这减缓了氢气泡的对流和遮蔽作用,有利于提高膜层晶体形核密度和提升膜层耐蚀性能。第三,降低转化溶液酸比,可抑制HPO42-化学键合形成多聚体,调控晶体择优生长方向,控制MnHPO4的结晶形态,提升膜层耐蚀性能。通过喷砂、打磨和抛光手段制备了具有不同表面形貌和电化学活性的镁合金样品,深入地研究了镁合金表面状态对转化膜微观结构和耐蚀性能的影响。结果表明,镁合金表面不同的拓扑形状影响内层膜的形成。具有较大表面粗糙度的拓扑形状容易形成闭塞区域,影响离子的扩散,使基体谷部区域的内层膜厚度大于峰部区域。而具有较小表面粗糙度的拓扑形状,内层膜厚度较薄且均匀生长,最终形成均匀致密且具有保护性的膜层。由于峰部区域的比表面积大于谷部区域,峰部区域的溶液酸比更容易降低。因此,峰部区域容易沉积外层膜晶核。基体表面电化学活性同样影响外层膜的形成。表面电化学活性增加,成膜过程中电化学反应速率加快,界面处溶液的酸比降低,促使外层膜晶体形核密度增加。但是,过大的表面电化学活性会导致成膜过程中大量氢气析出,不利于膜层晶核沉积,反而使膜层结构缺陷和裂纹增多,膜层耐蚀性能下降。因此,喷砂样品表面的转化膜耐蚀性能低于打磨表面。通过对镁合金进行热处理改变其显微组织,研究AZ91镁合金本体显微组织中第二相的大小、形态及分布对转化膜微观结构和耐蚀性能的影响。铸态镁合金的β相粗大且呈“孤岛”状分布,基体表面的电化学反应不均匀,内层膜的形成存在先后顺序。内层膜/溶液界面处MnHPO4的离子积达到过饱和状态,在该界面上沉积MnHPO4晶核。经过T6处理后,β相均匀细小呈弥散分布,此时基体表面的电化学性质相对均匀,界面上酸比均匀地下降,不但提高了外层膜MnHPO4晶核形核率,还使MnHPO4在合金不同部位都能沉积。最终形成均匀致密分布的外层膜,整体膜层耐蚀性能显著提升。通过提高基体预热温度,研究预热温度对镁合金成膜过程、膜层微观结构及耐蚀性能的影响。结果表明提高基体预热温度,可以改变界面上溶液的温度以及离子浓度的分布。当预热温度较高时,界面上溶液温度和HPO42-浓度明显提高,导致界面MnHPO4离子积能够快速达到临界过饱和度,显著增大外层膜MnHPO4晶核形核率,获得优良耐蚀性能的转化膜。与之相反,当预热温度低于转化溶液时,会降低界面层溶液的温度,使界面上MnHPO4离子积提高缓慢,难以达到临界过饱和度。因此,成膜的颗粒粗大且不均匀,耐蚀性能较差。