铝合金硼酸―硫酸阳极氧化膜结构及耐蚀性研究

摘要

硼酸―硫酸阳极氧化膜具有优良的耐蚀性，克服了普通硫酸阳极氧化膜疲劳性能差的缺点，且对环境污染较小，因此具有广泛的应用前景。本文优化了新研制的2×××、7×××铝合金的硼酸―硫酸阳极氧化工艺；通过SEM、AFM、扫描Kelvin探针技术及交流阻抗谱，研究了硼酸对氧化膜结构及耐蚀性的影响；针对硼酸―硫酸阳极氧化膜，探索了一种的绿色铈盐转化封闭工艺，结果表明：
　　在24~26℃的50 g/L H2SO4+8g/L H3BO3电解液中，2×××铝合金采用15~18V、7×××铝合金采用15V电压氧化25min可获得3~4μm厚的阳极氧化膜。该膜层与涂层结合力可达0极，经稀铬酸封闭后可通过504h的中性盐雾试验；其微观结构与典型的硫酸阳极氧化膜类似，为多孔型氧化膜，只是孔径较小，孔状结构不明显；该膜层主要由Al、O、S组成，但O的含量远高于Al2O3计量比的含量，据此推测膜层中除Al2O3外，可能存在一定量的水合Al2O3。
　　在硼酸―硫酸阳极氧化体系中，硫酸含量对膜重和耐蚀性影响最大，而硼酸主要影响氧化膜多孔层的结构形式。硼酸有助于降低电解液对氧化膜的溶解性，改善膜层外观和多孔层结构，使膜层变得更加均匀致密、孔径更小，表现为多孔层电阻Rp增大、电容CPEp减小，表面势正移，电子逸出所需的功增大；但电解液中硼酸含量过高，又会使膜层的孔径变大、阻抗变小、表面势降低。在该氧化过程中，调整氧化电压或电解液温度都会引起氧化电流密度和电解液溶解性的变化，从而影响氧化行为和膜层性能；硼酸―硫酸阳极氧化膜的膜重基本上是由电流密度和时间决定的，即只与通电量有关。
　　采用交流阻抗谱技术研究了铈盐转化封闭参数对氧化膜耐蚀性的影响，并优化了该封闭工艺，结果发现将硼酸―硫酸阳极氧化试样浸入30℃的铈盐转化液（5 g/L Ce(NO3)3+5 ml/L H2O2）中处理30min后，其多孔层电阻大幅增加，耐蚀性明显改善，其封闭效果明显好于沸水封闭，可与稀铬酸封闭相媲美。EDS结果分析表明，铈盐转化封闭后硼酸―硫酸阳极氧化膜的外表面形成了一层完整致密的铈盐转化膜，并且多孔层内也充满了铈的封闭产物（Ce(OH)3或Ce(OH)4），二者的共同作用几乎完全封住了硼酸―硫酸阳极氧化膜的孔隙，从而有效地提高了氧化膜的耐蚀性。

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第1章 绪论

前言

1.1 铝的阳极氧化处理

1.2 铝的硼酸―硫酸阳极氧化工艺

1.3铝阳极氧化膜的封闭工艺及进展

1.4论文选题的目的及意义

1.5论文主要研究内容

第2章 硼酸―硫酸阳极氧化膜的制备及性能研究

引言

2.1 实验部分

2.2 硼酸―硫酸阳极氧化膜的制备

2.3 硼酸―硫酸阳极氧化膜的性能

本章小结

第3章 硼酸对铝合金硼酸―硫酸阳极氧化膜结构及耐蚀性的影响

引言

3.1 实验部分

3.2 硼酸对氧化行为和膜层厚度的影响

3.3 硼酸对膜层耐蚀性的影响

3.4 硼酸对膜层形貌的影响

3.5 硼酸对膜层组成的影响

3.6 硼酸对膜层表面势的影响

本章小结

第4章 硼酸―硫酸阳极氧化膜铈盐转化封闭工艺研究

引言

4.1 实验部分

4.2铈盐转化封闭参数对膜层耐蚀性的影响

4.3 铈盐转化封闭后氧化膜的性能

4.4铈盐转化封闭机理初探

本章小结

第5章 结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢

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