稀土对铝合金硫酸—草酸阳极氧化的影响

摘要

本文研究了铝合金硫酸—草酸阳极氧化的基本机理,确定了硫酸—草酸阳极氧化的最佳工艺配方,分析研究了稀土对阳极氧化膜耐腐蚀性、表面形貌、电化学性能的影响。由正交试验和各影响因素分析得到最佳工艺配方为:硫酸浓度为180g/L,草酸浓度为5g/L,丙三醇浓度为15g/L,氧化温度为20℃,氧化电压为16V,氧化时间为50min。利用扫描电镜(SEM)观察阳极氧化膜表面的形貌,能谱仪(EDS)测定氧化膜的化学组成以及X射线衍射仪(XRD)测定氧化膜的结构,得到的氧化膜主要是由Al、O两种元素组成的非晶态的Al2O3。通过五种溶液(酸、碱、中性盐、酸性盐和碱性盐)的全浸腐蚀试验、XPS分析腐蚀产物、中性盐雾试验以及电化学腐蚀试验,发现稀土Ce和La的最佳添加量都为0.2g/L。在全浸腐蚀试验中,氧化膜耐腐蚀性顺序依次为:中性盐>碱性盐>碱>酸>酸性盐,五种溶液中腐蚀产物基本组成都是Al2O3和Al(OH)3。在酸性盐溶液中,同时存在H+化学溶解作用和Cl-的点蚀作用,两种腐蚀形式加快了氧化膜表面的腐蚀速率,通过X射线光电子能谱仪(XPS)分析,得到腐蚀后的氧化膜中存在Cl-的化合物。而在碱性盐溶液中并未发现氧化膜中存在Cl-的化合物,说明Cl-未参与腐蚀过程。另外,氧化膜通过沸水封闭后,多孔层孔壁的氧化铝与水发生反应生成Al2O3·H2O,从而填充了孔洞,使得表面耐腐蚀性明显提升,腐蚀速率明显降低。在电化学腐蚀试验中,利用交流阻抗曲线以及Tafel曲线,可以看出稀土Ce和La使得氧化膜的容抗半径变大、自腐蚀电流变小和自腐蚀电位升高,从而提升氧化膜的耐腐蚀性,并且氧化膜在NaCl溶液中耐电化学腐蚀性最好,HCl溶液次之,NaOH溶液中最差。稀土Ce和La并不是通过沉积在氧化膜层中而改变氧化膜层的性能,而是通过催化作用改变氧化膜的组织结构和表面形貌,使得氧化膜层中的阻挡层增厚,多孔层孔隙率降低,从而提高氧化膜的性能。

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第一章 绪 论

1.1 铝合金阳极氧化膜形成机理及其结构组成

1.2 影响阳极氧化膜结构和性能的因素

1.3 铝合金阳极氧化膜的制备工艺

1.4 阳极氧化膜封闭处理的方法

1.5 稀土在阳极氧化中的作用

1.6 论文的选题及意义

第二章 实验方法及条件

2.1 实验材料

2.2 实验装置

2.3 实验流程

2.4 性能分析及研究

第三章 铝合金硫酸—草酸阳极氧化工艺的研究

3.1 硫酸—草酸阳极氧化正交试验

3.2 电解液组成与工艺条件对铝合金硫酸—草酸阳极氧化的影响

3.3 稀土对氧化膜性能的影响

3.4 本章小结

第四章 铝合金硫酸—草酸阳极氧化膜的表面形貌和化学组成

4.1 Ce(SO4)2对铝合金硫酸—草酸阳极氧化膜表面形貌的影响

4.2 La2(SO4)3对铝合金硫酸—草酸阳极氧化膜表面形貌的影响

4.3 沸水封闭后氧化膜的表面形貌

4.4 Ce(SO4)2对铝合金硫酸—草酸阳极氧化膜成分与结构的影响

4.5 La2(SO4)3对铝合金硫酸—草酸阳极氧化膜成分与结构的影响

4.6 本章小结

第五章 铝合金硫酸—草酸阳极氧化膜的腐蚀试验

5.1 全浸试验

5.2 中性盐雾试验（NSS）

5.3 本章小结

第六章 铝合金硫酸—草酸阳极氧化膜的电化学试验

6.1 铝合金硫酸—草酸阳极氧化膜的交流阻抗曲线

6.2 铝合金硫酸—草酸阳极氧化膜的 Tafel曲线

6.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文