铝合金表面电刷镀稀土转化膜工艺及性能的研究

摘要

为了提高铝合金的耐蚀性能，国内外研究者开发了许多种铝合金的表面处理技术。稀土转化膜技术以其无毒无污染的特点，在取代铬酸盐处理工艺方面显现出了良好的前景。但目前的工艺主要为化学浸泡或电沉积，其工艺处理时间较长、铈盐溶液不稳定、溶液不易循环利用，很难应用于铝合金大面积防腐的现场施工。因此，本论文研究开发了新的在铝合金表面制备稀土转化膜及纳米TiO2颗粒改性的稀土膜层的处理工艺。
　　 采用电刷镀技术在铝合金表面制备了铈基稀土膜，获得的稀土膜层呈层状结构，与基体具有良好的附着力，其厚度均匀，约为3～4μm，其主要成分为Ce(OH)3。研究分析了铈盐浓度和刷镀电压对稀土膜在NaC1介质溶液中耐蚀性能的影响，在铈盐浓度为20g/L和刷镀电压为7V时获得的稀土膜层具有良好的耐蚀性能，稀土铈膜试样与铝合金基体试样相比，低频阻抗值(0.01～0.1Hz)提高了近30倍，腐蚀电流密度也降低了一个数量级，经过480小时的中性盐雾试验，稀土膜的耐蚀性评级达到了8级。该电刷镀稀土转化膜工艺采用的刷镀溶液不含有强氧化剂，其刷镀溶液可长时间保持稳定且可以循环再利用，该工艺可以实现铝合金表面大面积现场常温刷镀防腐施工，以提高铝合金的耐蚀性。
　　 为了进一步提高稀土膜的本身结合强度及耐蚀性能，通过添加纳米TiO2颗粒改性稀土膜层。采用电刷镀技术在铝合金表面制备了稀土-纳米TiO2复合膜层，在20g/L铈盐浓度、5V刷镀电压和4g/L纳米TiO2条件下得到的稀土复合膜层均匀致密，与基体结合良好，膜层的厚度为3.2μm;复合膜层的晶粒尺寸较小，仅为2.6nm;膜层主要成分为Ce(OH)3，还有少量的Ce(OH)4、CeO2和TiO2(2％)。随着纳米TiO2浓度的增大，膜层中Ce3+的含量增大，其主要成分Ce(OH)3的含量逐渐增加，最高含量近90％。随着镀液中纳米TiO2的浓度的增大(2～8g/L)，镀层中的纳米TiO2的复合量也增大(1.22～4.13wt％)。
　　 添加纳米TiO2明显提高了稀土膜本身的结合强度，同时也大幅度提高了稀土膜的显微硬度。而且，明显的细化了稀土膜层的晶粒和降低了膜层的裂纹率及孔隙率。纳米TiO2改性的稀土膜层具有良好耐蚀性能，经过480小时的中性盐雾试验后，其表面未发生腐蚀，耐蚀性保护评级达到10级，而纯稀土膜试样在240小时后即发生了腐蚀，同时镀膜试样与纯稀土膜试样相比腐蚀电流密度也降低了两个数量级。

目录

声明

学位论文数据表

摘要

符号说明

第一章 绪论

1.1 铝及铝合金简介

1.2 铝合金表面稀土转化膜的研究现状

1.2.1 稀土转化膜的发展

1.2.2 稀土转化膜的成膜工艺

1.2.3 稀土转化膜的成膜机制及耐蚀机理

1.3 电刷镀技术简介

1.3.1 电刷镀原理

1.3.2 电刷镀工艺参数分析

1.3.3 电刷镀技术的特点和优势

1.4 纳米颗粒复合电刷镀层的研究现状

1.4.1 纳米颗粒在复合电刷镀层中的作用机制

1.4.2 纳米颗粒在复合电刷镀层中的性能及应用

1.5 本课题的研究意义和主要研究内容

1.5.1 本课题研究意义

1.5.2 本课题主要研究内容

第二章 实验方法

2.1 前言

2.2 实验材料

2.3 稀土转化膜的制备工艺

2.4 稀土转化膜的测试方法

2.4.1 稀土膜外观检测

2.4.2 附着力测试

2.4.3 结合强度测试

2.4.4 显微硬度测试

2.4.5 膜层厚度的测量

2.4.6 表面形貌观察及成分分析

2.4.7 稀土膜表面裂纹率分析

2.4.8 膜层的孔隙率测试

2.4.9 X射线光电子能谱测试

2.4.10 X射线衍射分析测试

2.4.11 电化学性能测试

2.4.12 中性盐雾实验

第三章 铝合金表面电刷镀稀土转化膜工艺及性能的研究

3.1 前言

3.2 电刷镀稀土转化膜的制备

3.3 稀土膜的外观及附着力

3.4 稀土转化膜的表面形貌及成分分析

3.5 稀土转化膜的结合强度

3.6 稀土转化膜耐蚀性能的研究

3.6.1 全浸腐蚀试验

3.6.2 中性盐雾实验

3.6.3 电化学性能测试

3.7 刷镀电压对膜层性能的影响

3.7.1 刷镀电压对膜层表面形貌的影响

3.7.2 刷镀电压对膜层耐蚀性能的影响

3.7.3 刷镀电压对膜层电化学性能的影响

3.8 铈盐浓度对膜层性能的影响

3.8.1 铈盐浓度对膜层表面形貌的影响

3.8.2 铈盐浓度对膜层耐蚀性能的影响

3.8.3 铈盐浓度对膜层电化学性能的影响

3.9 结论

第四章 电刷镀稀土-纳米TiO2复合膜层工艺及性能的研究

4.1 前言

4.2 电刷镀稀土-纳米TiO2复合膜层的工艺

4.3 复合膜层的外观及附着力测试

4.4 复合膜层的表面形貌及成分

4.5 复合膜层的耐蚀性能的研究

4.6 刷镀电压对复合膜层性能的影响

4.6.1 复合膜层的外观与附着力测试

4.6.2 复合膜层的表面形貌与成分分析

4.6.3 刷镀电压对复合膜层耐蚀性能的影响

4.7 铈盐浓度对复合膜层性能的影响

4.7.1 复合膜层的外观与附着力测试

4.7.2 复合膜层的表面形貌与成分分析

4.7.3 铈盐浓度对复合膜层耐蚀性能的影响

4.8 结论

第五章 纳米-TiO2颗粒对稀土膜层性能的影响

5.1 前言

5.2 膜层的外观与附着力测试

5.3 膜层的结合强度及显微硬度测试

5.4 膜层的耐冷热实验及孔隙率测试

5.5 膜层的表面形貌及成分

5.6 纳米TiO2对膜层的耐蚀性能的影响

5.7 电刷镀稀土-纳米TiO2复合膜层的成膜机理及耐蚀机理

5.7.1 稀土-纳米TiO2复合膜层的成膜机理

5.7.2 稀土-纳米TiO2复合膜层的耐蚀机理

5.8 结论

第六章 总结论

参考文献

致谢

研究成果和发表的学术论文

作者和导师简介

硕士研究生学位论文答辩委员会决议书