铝合金三价铬复合转化膜制备及性能研究

摘要

铝合金材料因其优异的性能在社会各个领域得到广泛应用，在工业中使用量仅次于钢铁，是有色金属中使用量最大、应用面最广的材料。但由于铝的标准电极电位较负，其合金在使用的过程中易形成原电池而导致基体腐蚀。因此，铝合金在使用前往往需要经过相应的表面处理以满足其对环境的适应性，减少腐蚀并延长其使用寿命。铝合金的表面处理技术中，化学转化法以其较高的性价比而广泛被应用。传统的铬酸盐钝化技术工艺简单、成本低廉，其形成的膜层耐蚀性能好，最重要的是生成的膜层具有自我修复能力，在化学转化法中应用最为广泛，但由于处理液和膜层中均含有的Cr6+具有强致癌作用，且容易对环境造成二次污染，已被国内外限制使用。因此，寻找一种可替代传统铬酸盐钝化技术的表面处理方法迫在眉睫，研究和开发铝合金的无铬钝化及三价铬钝化膜工艺，对提高商品竞争力具有重要意义。
　　本文以Cr(NO3)3·9H2O、Na2MoO42H2O、NaH2PO4·2H2O为主要成膜物质，采用浸泡法在5052铝合金表面制备三价铬复合转化膜。通过单因素试验、正交试验的方法对制备工艺中钝化液各组分及操作条件进行了最优化选择。在最优条件下制备出铝合金复合转化膜，采用SEM、EDS、XPS对转化膜的微观形貌、结构及成分进行分析，并对转化膜的成膜机理进行探讨;利用中性盐雾试验及电化学性能测试对转化膜进行耐蚀性能研究;采用静态浸泡腐蚀实验计算转化膜的腐蚀速率，并以极化曲线及电化学阻抗谱研究转化膜在不同腐蚀时期的电化学行为。
　　单因素试验及正交试验优化后得到的最佳成膜工艺为:Cr(NO3)3·9H2O的浓度为15g/L，Na2MoO4·2H2O的浓度为10g/L，NaH2PO4·2H2O的浓度为10g/L，NH4HF2的浓度为0.15g/L，pH值为3.3,温度为45℃，成膜时间为15min。在此优化条件下制备的铝合金转化膜外观为蓝灰色，耐盐雾性能达168h;电化学性能测试结果显示成膜铝合金的腐蚀电位较基体正移了273mV，腐蚀电流大幅度减小，极化电阻明显增大，转化膜耐蚀性能大为提高。在最优条件下形成的转化膜均匀、致密，主要有Cr、Mo、P、O、Al、Mg等元素组成，其中Cr是以三价的形式存在，转化膜主要有Al2O3,Cr2O3,Cr(OH)3,MoO3等物质组成，表明制备的转化膜为三价铬转化膜。转化膜的静态浸泡腐蚀实验表明，转化膜能有效减缓铝合金在腐蚀介质中的腐蚀速率，随着浸泡时间的延长，膜层先是出现裂纹，然后逐渐开裂，最后导致基体表面膜层大面积脱落，膜层破坏后，在基体上形成的腐蚀产物主要有Al、Mg、O等元素组成。利用极化曲线及交流阻抗谱研究转化膜在不同浸泡时间下的电化学行为，发现随着浸泡时间的延长，转化膜的腐蚀电位发生负移，腐蚀电流逐渐增大。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 铝及其合金的特性

1．1．2 铝及其合金的腐蚀

1．2 铝合金的表面防护技术

1．2．1 阳极氧化法

1．2．2 微弧氧化

1．2．3 溶胶-凝胶法

1．2．4 激光熔覆技术

1．2．5 薄膜沉积技术

1．2．6 化学转化膜法

1．3 铝合金化学转化膜法

1．3．1 传统的铬酸盐转化膜法

1．3．2 三价铬转化膜法

1．3．3 无铬转化膜技术

1．4 论文研究的目的、意义和主要内容

1．4．1 论文研究的目的及意义

1．4．2 论文研究的主要内容

第二章 实验材料及方法

2．1 实验材料

2．2 实验药品

2．3 实验仪器

2．4 实验方法

2．4．1 工艺流程

2．4．2 实验方案设计

2．4．3 铝合金前处理工艺

2．4．4 铝合金表面化学转化膜的制备

2．5 转化膜耐蚀性能检测

2．5．1 硫酸铜点滴试验

2．5．2 盐雾试验

2．5．3 浸泡腐蚀试验

2．6 复合转化膜微观形貌及成分分析

2．7 电化学测试

2．7．1 极化曲线测试

2．7．2 交流阻抗谱(EIS)测试

第三章 铝合金三价铬转化膜制备工艺研究

3．1 单因素实验结果与讨论

3．1．1 转化处理液组分的影响

3．1．2 工艺操作条件的影响

3．2 正交实验配方优化

3．2．1 正交实验设计

3．2．2 正交结果分析

3．4 本章小结

第四章 三价铬基复合转化膜性能测试

4．1 中性盐雾试验

4．2 转化膜的微观形貌、成分及结构分析

4．2．1 转化膜表面SEM／EDS分析

4．2．2 转化膜截面分析

4．2．3 转化膜的XPS分析

4．3 转化膜电化学性能研究

4．3．1 极化曲线

4．3．2 电化学交流阻抗

4．4 转化膜成膜机理探讨

4．5 本章小结

第五章 转化膜的腐蚀行为研究

5．1 浸泡腐蚀速率

5．2 复合转化膜的腐蚀形貌

5．3 转化膜浸泡腐蚀后的电化学性能

5．3．1 极化曲线

5．3．2 交流阻抗谱图

5．4 腐蚀机理探讨

5．5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文与申请的专利

声明

致谢