蒸发器铝管表面杂化膜的制备工艺研究及性能表征

摘要

为提高冰箱、冰柜蒸发器用铝管的耐腐蚀性能，论文采用溶胶-凝胶法，以正硅酸乙酯(TEOS)和乙烯基三乙氧基硅烷(KH151)作为水解前驱体，H2O作为水解反应原料，C2H5OH作为溶剂，然后以一定量的CH3COOH作为催化剂制备杂化溶胶，通过浸渍法在铝管表面制备有机-无机杂化膜。通过单因素试验得到优化配方:H2O与Si的摩尔比为6∶1，KH151与TEOS的摩尔比为1∶1，C2H5OH与TEOS的摩尔比为8∶1，用CH3COOH调节pH值为3.0;膜层制备工艺条件:水解温度为35℃，水解时间为180 min，固化温度为120℃，固化时间为90 min。论文通过盐水浸泡试验对无机添加剂进行筛选，确定采用Ce(NO3)3作为添加剂来对有机-无机杂化膜进行掺杂改性。当Ce(NO3)3的浓度为1.5×10-3 mol/L时，膜层的耐蚀性能最好。
　　采用硫酸铜点滴实验、碱浸失重实验、析氢实验和盐雾试验手段对试样进行耐蚀性能考察，均表明掺杂铈盐的有机-无机杂化膜的耐蚀性能优于铬酸盐钝化膜。Tafel极化曲线测试表明，掺杂铈盐的有机-无机杂化膜的存在使铝管的自腐蚀电位明显正移，降低了铝的自腐蚀电流密度;交流阻抗(EIS)测试表明体系的极化电阻显著增大，比空白试样提高了将近一个数量级。红外光谱分析可知，膜层中存在不同类型的Si-O-Si共价键，构成了膜层的基本骨架，有机官能团C=C共价键增强了膜层的疏水性。利用金相显微镜和SEM对膜层表面形貌进行分析发现，与空白试样相比，掺杂铈盐的有机-无机杂化膜均匀、致密、平整;从EDX能谱分析可知，膜层表面主要由Al、C、O、Si和Ce元素组成。
　　溶胶-凝胶法制备工艺由于其工艺简便、成本低廉、环保和耐蚀性好等优点可望成为一项实用的铝及其合金的防腐技术，是一种较理想的铬酸盐钝化替代工艺，具有广阔的应用前景。