离子镀铝与离子液体电镀铝涂层性能对比研究

摘要

铝涂层是未来替代传统镉类镀层的主要防护技术之一,具有耐蚀性优异、抗接触腐蚀、无氢脆、使用温度高等诸多优点.铝基涂层的研发和应用是国内外表面处理技术的前沿,美军在2011年举行的可持续国防领域先进表面工程技术会议上,提出铝基涂层是未来替代电镀镉的重要技术之一.目前制备铝涂层的主要方法包括离子镀铝和离子液体电镀铝两种方法.离子镀铝属于物理气相沉积的一种,采用离子镀的方法在金属基体表面制备一层纯铝沉积层,后续再经过致密化处理和/或铬酸盐处理,能够进一步提高其耐蚀性.离子液体电镀铝技术是采用离子液体作为电镀溶液,通过传统电镀的方法在金属基体表面制备一层纯铝镀层,所采用的离子液体是由特殊的有机物质和卤化铝等物质组成.这种离子液体最重要的特点在于,其完全由阴阳离子构成,不含水分子,因此完全避免了可能对钢、钛合金基体产生氢脆风险.在300M超高强度钢表面制备离子镀铝和离子液体电镀铝两种涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)等对两种涂层的表面、断面微观形貌和成分进行表征;采用原子力显微镜(AFM)对两种涂层表面三维形貌和粗糙度进行观察和测量;采用电偶腐蚀测试两种涂层与铝合金的接触腐蚀性能;采用缺口试样拉伸方法检测了两种涂层对300M钢基体氢脆性能的影响;采用5％NaCl人工海水周浸试验的方法检测了两种涂层的耐蚀性能,与电镀镉钛镀层进行对比,采用电化学方法对涂层试验前后的阻抗谱特性进行了检测分析.结果表明:两种涂层表面形貌存在较大差异,离子镀铝经过致密化处理后,表面为均匀的圆饼状形貌,致密度很高,粗糙度约为0.88μm,而离子液体电镀铝涂层表面则为圆顶状的凸起物组成,没有明显的孔洞缺陷,粗糙度约为0.71μm;电偶腐蚀测试显示两种涂层都能够与铝合金相容连接;缺口试样的拉伸试验结果显示,两种涂层的对基体的氢脆性能没有影响;腐蚀试验结果显示,两种涂层对于300M钢基体都具有良好的保护效果,与传统的电镀镉钛相当.综上试验结果,离子镀铝和离子液体电镀铝两种技术在主要的性能指标(氢脆性、耐蚀性等)上都已经达到了电镀镉钛的水平,并且具有绿色环保的工艺特点,因此完全具备了未来替代镉类镀层的潜质.