45钢表面处理及其耐蚀性研究

摘要

随着能源和环境问题的加剧，汽车轻量化成为汽车工业发展的潮流。碳纤维增强高分子复合材料（CFRP）因其高的比强度，有望在轻量化汽车上得到广泛应用。但由于CFRP的腐蚀电位较高，在使用中与金属接触时，容易发生电偶腐蚀。针对该问题，本文以45钢与30％Cf/PA6复合材料为研究对象，采用热浸镀铝、阳极氧化和硅烷封孔的复合表面处理技术，在45钢表面制备了具有一定厚度的Al-Al2O3-硅烷复合涂层，以达到减少电位差、增大接触电阻及隔离腐蚀介质的目的，从而提高其耐蚀性。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等技术分析了表面处理工艺对涂层微观组织、形貌和物相组成的影响;采用动电位极化试验、电化学阻抗试验和盐雾试验对复合涂层在3.5wt％NaCl溶液中的耐蚀性能进行评价;在此基础上建立了膜层结构、形态和耐蚀性间的关系，主要结论如下: 热浸镀铝后，45钢表面形成的镀层由内到外依次为Fe-Al合金层和镀铝层，其中合金层主要由Fe2Al5相组成，呈不规则锯齿状;镀铝层主要由Al和少量针状的FeAl3相组成;随着浸镀温度和浸镀时间的提高，Al和Fe的扩散能力增强，合金层厚度明显增厚;同时，浸镀温度和浸镀时间对镀层表面质量和均匀性存在一定程度的影响;优化的热浸镀铝工艺参数为:浸镀温度750℃、浸镀时间1min。 热浸镀铝45钢阳极氧化处理后，仅在镀铝层表面形成了一定厚度的氧化铝层，合金层的组织和结构未发生改变;阳极氧化参数对氧化膜的厚度和表面形貌产生显著影响，进而影响其耐蚀性;随着电流密度的提高、氧化时间的延长，氧化膜的厚度和表面孔洞面积均增加，耐蚀性能先提高后降低;经2A/dm2电流密度氧化30min后，热浸镀铝45钢在3.5wt％NaCl溶液中的自腐蚀电流密度比氧化前降低了2个数量级，电荷转移电阻提高了20倍，耐蚀性显著改善。 对最佳阳极氧化参数下制备的氧化膜表面采用KH560硅烷进行不同时间封孔处理，结果表明，硅烷处理在氧化铝表面形成了一定厚度的硅烷膜，封孔时间从1min延长至5min时，Al2O3表面的孔洞与裂纹逐渐减少，硅烷膜的厚度逐渐增加;生成的硅烷膜有效阻碍了腐蚀介质向材料内部的渗透，提高了材料的耐蚀性能;但是，当硅烷处理时间延长至7min时，硅烷膜表面出现开裂，耐蚀性能有所下降。在最优的硅烷处理时间下(5min)，试样的自腐蚀电流密度与电化学阻抗值较仅热浸镀铝-阳极氧化试样均下降了1个数量级，耐蚀性进一步得到提高。