环保型铝合金表面稀土转化膜的研究

摘要

本文针对目前铝合金传统的铬酸盐处理工艺产生的严重铬污染和目前的无铬转化技术存在的问题，研究了一种环保、高效的非铬稀土转化膜技术。选用常见的6063铝合金材料，对转化膜的成膜溶液体系进行了配方优化，并引入成膜促进剂，研究了成膜促进剂作用下的转化膜成膜机理与转化膜耐腐蚀机理。具体结论如下： 通过优化的稀土转化处理液配方可以使6063铝合金表面生成金黄色的化学转化膜，且具有良好的耐腐蚀性能。该处理工艺简单，无毒副作用，有望成为铝型材铬酸盐化学转化处理的替代技术。 通过L<,16>(4<'3>)正交试验分析，研究了稀土转化工艺参数对膜层组织与性能的影响规律。结果表明，反应温度对膜厚影响最大，其次是电解液成份，其中Ce(NO<,3>)<,3>浓度的影响较之KMnO<,4>的浓度更大。溶液pH值对转化膜膜层也有较大影响，pH=1.9时膜厚和耐腐蚀性都达到峰值。另外成膜时间也对转化膜性能有影响，在成膜时间为50分钟时膜厚和耐腐蚀性也都达到峰值。添加成膜促进剂V盐和Sr盐对转化膜有改善作用，但是成膜促进剂Sr盐对转化膜耐腐蚀性的影响明显优于V盐，加入Sr盐生成的转化膜的自腐蚀电流密度比裸铝合金降低近50倍。 铝合金表面稀土转化膜的成膜机理与表面微阴、阳极的电化学反应有关，微阳极上将发生Al氧化反应，阴极反应为O<,2>参与的还原反应以及氧化剂KMnO<,4>参与的阴极还原反应，阴极反应导致H<'+>的大量消耗并引起局部pH值上升，而pH值上升导致Ce、Al的氢氧化物沉淀。EDX能谱分析表明，转化膜的主要元素组成为Al、Ce、O、Mn及基材带来的Mg、Si等元素，Ce的价态为+3、+4价，化合物的组成为所含金属元素的氧化物、氢氧化物与水合物。EDX分析未能检测到成膜促进剂中V与Sr的成分，可推论V、Sr只参与刚开始成膜时的形核，促进转化膜中Ce(OH)<,3>以及Al(OH)<,3>的沉淀和生长，因此加快了成膜生长过程，但并不参与转化膜的生长。XR-D分析表明，转化膜为非晶态(Ce、Al氧化物)结构。 加入成膜促进剂后可使得铝合金试样在溶液中开路电位提高，说明加入成膜促进剂后提高了溶液的钝化能力，使铝合金试样的腐蚀电位正移，加快铝合金表面转化膜的形成。通过Talfel曲线发现，铝合金表面生成转化膜之后腐蚀过程中的阴、阳极反应均受到抑制，因此铝合金表面转化膜的腐蚀机理主要是由于膜层对腐蚀因子的阻碍作用抑制了腐蚀过程的阴、阳极反应。转化膜的EIS图谱表明，添加促进剂后转化膜的阻抗加大，对腐蚀介质的阻挡作用加大，因此成膜促进剂可以提高转化膜的耐腐蚀性能。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1铝合金表面处理技术综述

1.2国内外铝合金表面稀土化学转化膜技术的发展状况

1.3稀土转化膜工艺存在的问题

1.4本课题的研究内容和意义

1.4.1本课题的研究内容

1.4.2本课题研究的意义

第2章实验方案、方法与设备

2.1本课题的实验方案

2.2稀土化学转化处理液的正交试验

2.2.1原始配方挑选试验

2.2.2正交试验与溶液配方优化

2.3成膜溶液pH值与成膜时间的优化

2.4化学转化处理液中成膜促进剂的挑选

2.5电化学实验

2.5.1电位-时间曲线跟踪

2.5.2动电位扫描极化曲线

2.5.3交流阻抗

2.6转化膜检测与分析方法

2.6.1转化膜表面外观

2.6.2膜重

2.6.3膜厚

2.6.4耐腐蚀性

2.6.5转化膜微观形貌

2.6.6转化膜的结构与成分分析

2.6.7转化膜的附着强度测试

2.6.8硬度测试

第3章各种因素对稀土转化膜性能的影响和膜层物理性能

3.1正交实验结果

3.2铈盐、氧化剂、温度对转化膜的影响

3.2.1数据处理及参数说明

3.2.2铈盐对转化膜的影响

3.2.3氧化剂对转化膜的影响

3.2.4温度对转化膜的影响

3.3时间对转化膜的影响

3.4溶液pH值对转化膜的影响

3.5成膜促进剂对转化膜的影响

3.6稀土转化膜与铬酸盐转化膜的性能比较

3.7转化膜物理性能检测

3.7.1表面质量

3.7.2膜层附着强度测试

3.7.3硬度测量

3.8本章小结

第4章稀土转化膜成膜机理与耐腐蚀机理研究

4.1铈转化膜成膜机理分析

4.1.1转化膜成份组成与成膜反应

4.1.2氧化剂与成膜促进剂在转化膜成膜过程中的作用

4.2转化膜耐腐蚀机理的研究

4.3本章小结

第5章全文结论与展望

5.1本文结论

5.2对进一步研究工作的展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

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