6061铝合金微弧氧化膜的制备及其耐腐蚀性研究

摘要

6061铝合金因具有比强度高、密度小、焊接性好和易于加工成型等特点，作为船用结构材料具有明显优势。但是由于铝合金化学性质活泼，在恶劣的海洋环境中耐腐蚀性差，限制了其在船舶领域的进一步发展。因此，通过一些表面处理技术，提高铝合金耐腐蚀性延长其使用寿命具有十分重要的意义。
　　微弧氧化技术被广泛应用于镁、铝、钛等阀金属表面改性处理，近年来在铝合金防腐领域备受关注。本文采用控制变量法，根据铝合金微弧氧化膜层耐腐蚀性强弱对工艺参数、电解液中单一添加剂浓度以及复配添加剂配方进行逐一优化。通过X射线衍射仪、扫描电镜以及能谱仪对膜层物相组成、微观形貌及其成分进行表征分析，通过点滴试验和电化学测试研究了膜层耐腐蚀性能。
　　研究结果表明:工艺参数和电解液成分的改变均对微弧氧化膜层形成过程产生影响，改变了膜层厚度、微观形貌和结构致密性，从而影响膜层耐腐蚀性。6061铝合金微弧氧化膜层主要组由A12O3组成，表面为典型疏松多孔的“火山口喷射”形貌，孔洞周围伴随着很多烧结的小颗粒和饼状堆积。在基础硅酸钠电解液中，随着输入电压的增大，膜层变厚，弧光放电孔数先增多后减少，孔径尺寸增大，致密性下降，耐腐蚀性先增大后减小，输入电压为450V时膜层耐腐蚀性相对最佳;随着氧化时间的增加，膜层增厚，放电孔数越来越少，孔径尺寸变大，且表面“蠕虫状”沟壑越来越多，致密性下降，耐腐蚀性先增大后减小，氧化时间为15min时膜层耐腐蚀性相对最佳。优化后的工艺参数为:输入电压450V，氧化时间15min。
　　采用优化后工艺参数，当在基础硅酸钠电解液中加入单一添加剂Na6(PO3)6，随着其浓度的升高，膜层变厚，弧光放电孔数变化不明显，孔径稍微变大，膜层结构中出现大量凹坑和孔洞导致致密性下降，耐腐蚀性先增大后减小，在Na6(PO3)6浓度为0.75g/L时膜层耐腐蚀性相对最佳。当在基础硅酸钠电解液中加入单一添加剂H3BO3，随着其浓度的升高，膜层厚度减小，弧光放电孔数和孔径尺寸均变少，膜层结构变得均匀且致密，膜层中的沟壑逐渐消失，膜层耐腐蚀性先增大后减小，在H3BO3浓度为1.5g/L时膜层耐腐蚀性相对最佳。
　　通过Na6(PO3)6和H3BO3二元添加剂复配试验，膜层的改性由Na6(PO3)6和H3BO3共同作用，膜层厚度、微观形貌和膜层结构仍呈现规律性变化。当复配添加剂配方中Na6(PO3)6浓度为0.75g/L和H3BO3浓度为1.5g/L时，膜层点滴试验时间最久，耐腐蚀性相对最强。电化学阻抗谱拟合后膜层致密层等效电阻Rp和疏松层层等效电阻Rb值达到最大，对比相同工艺参数下基础硅酸钠电解液中制备的微弧氧化膜，Rp值提高了约1个数量级，Rb值提高了约2个数量级，膜层耐腐蚀性显著提高。对比6061铝合金基体及其微弧氧化试样极化曲线，微弧氧化后的试样自腐蚀电位正移了约180mV，自腐蚀电流Icorr下降了约3个数量级，极化电阻Rp增加了约3个数量级，说明微弧氧化膜具有很强的耐腐蚀性，可以较好地保护基体。在腐蚀介质浸泡试验中，微弧氧化试样在浸泡初期随着膜层的溶解脱落，腐蚀倾向明显增加，浸泡后期由于部分溶解的膜层和析出的腐蚀产物堵塞在放电通道中，可有效地阻隔腐蚀介质进入膜层内部，抑制腐蚀倾向增加。

目录

声明

摘要

1．1 铝合金的特点及应用

1．1．1 铝合金特点

1．1．2 铝合金的应用

1．2 铝合金表面处理技术

1．2．1 热喷涂

1．2．2 气相沉积

1．2．3 溶胶凝胶法

1．2．4 电镀和化学镀

1．2．5 阳极氧化

1．3 微弧氧化技术

1．3．1 微弧氧化发展及现状

1．3．2 微弧氧化原理

1．3．3 微弧氧化特点

1．3．4 微弧氧化的影响因素

1．4 研究目的和主要内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究主要内容

2．1 试验材料

2．2 试验设备

2．3 微弧氧化膜的制备

2．3．1 预处理

2．3．2 电解液的配制

2．3．3 微弧氧化

2．3．4 后处理

2．4 微弧氧化表征测试方法

2．4．1 厚度测试

2．4．5 膜层耐腐蚀性测试

第3章 工艺参数对微弧氧化膜层的影响

3．1 输入电压工艺参数优化

3．1．1 输入电压对膜层厚度的影响

3．1．2 输入电压对膜层物相的影响

3．1．3 输入电压对膜层表面形貌的影响

3．1．4 输入电压对膜层截面形貌的影响

3．1．5 输入电压对膜层耐腐蚀性能的影响

3．2 氧化时间工艺参数优化

3．2．1 氧化时间对膜层厚度的影响

3．2．2 氧化时间对膜层物相的影响

3．2．3 氧化时间对膜层表面形貌的影响

3．2．4 氧化时间对膜层截面形貌的影响

3．2．5 氧化时间对膜层耐腐蚀性能的影响

3．3 小结

第4章 单一添加剂对微弧氧化膜层的影响

4．1．1 Na6(PO3)6对膜层厚度的影响

4．1．2 Na6(PO3)6对膜层物相的影响

4．1．3 Na6(PO3)6对膜层表面形貌及其成分的影响

4．1．4 Na6(PO3)6对膜层截面形貌及其成分的影响

4．1．5 Na6(PO3)6对膜层耐腐蚀性能的影响

4．2 单一添加剂H3BO3浓度优化

4．2．2 H3BO3对膜层物相的影响

4．2．3 H3BO3对膜层形貌及其成分影响

4．2．4 H3BO3对膜层截面形貌及其成分的影响

4．2．5 H3BO3对膜层耐腐蚀性能的影响

4．3 小结

第5章 二元复配添加剂对微弧氧化膜层的影响

5．2 二元复配添加剂对膜层厚度的影响

5．3 二元复配添加剂对膜层物相的影响

5．4 二元复配添加剂对膜层表面形貌及其成分的影响

5．5 二元复配添加剂对膜层截面形貌及其成分的影响

5．6 二元复配添加剂对膜层耐腐蚀性的影响

5．7 铝合金微弧氧化膜的腐蚀行为研究

5．8 小结

第6章 结论

参考文献

致谢