ADC12铝合金上稀土钝化膜制备工艺与防腐蚀性能的研究

发布时间：2017-06-11 18:08

  本文关键词：ADC12铝合金上稀土钝化膜制备工艺与防腐蚀性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：铝及铝合金的钝化处理是提高其防腐蚀性能的有效手段。工业上使用的铬酸盐钝化处理,虽然可以获得理想的钝化效果,但是六价铬毒性大,对环境污染严重。因此,开发实用性强且对环境友好的铝合金钝化技术是当前钝化工艺发展的方向。本论文主要研究了ADC12铝合金表面上两种稀土钝化工艺。首先应用电化学方法研究了双氧水-硝酸铈钝化体系和高锰酸钾-硝酸铈钝化体系的各种工艺参数对钝化膜防腐蚀性能的影响。继而在单因素实验的基础上,通过正交实验确定了各自的最佳成膜技术参数。然后应用电化学测试、失重实验、接触角测试、扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)等测试手段,分别对两种钝化体系在其最佳成膜条件下所制备的铈基钝化膜进行了表征,并分别与各自相应的单一硝酸铈钝化体系制备的钝化膜进行性能对比研究,最终从理论上分析了两种钝化膜的形成机理和膜的耐蚀机理。主要研究成果如下:1)双氧水-硝酸铈钝化体系的最佳成膜参数为:在硝酸铈5g/L,钝化液pH为2.8的条件下,双氧水浓度为80ml/L,钝化温度为25℃,钝化时间为20min。通过失重实验发现,在最佳成膜条件下处理后的铝合金和单一硝酸铈钝化体系(硝酸铈浓度5g/L,钝化温度25℃,钝化时间20min)处理后的铝合金在3%NaCl腐蚀溶液中的平均腐蚀速率分别为0.0677g/(m~2·h)和0.2213g/(m~2·h),相比于未处理铝合金的钝化效率分别为86.80%和56.86%。由接触角测试可知,未处理铝合金表面的接触角是66.6°,在双氧水-硝酸铈钝化体系最佳成膜条件下处理后的铝合金和相应的单一硝酸铈钝化体系处理后的铝合金表面的接触角分别是102.4°和86.7°。SEM表明,经双氧水-硝酸铈钝化体系最佳成膜条件下处理后的试样表面的点蚀比单一硝酸铈钝化处理后的更少,且钝化膜更均匀平滑。EDS分析表明,添加双氧水于硝酸铈钝化液中制备的钝化膜上的铈含量明显高于单一硝酸铈钝化液制备的钝化膜。最后推断在铝合金表面的铈基钝化膜的组成为Ce(Ⅲ)/Ce(Ⅳ)/Al氧化物/氢氧化物。钝化膜耐蚀机理是由于钝化膜的存在,阻挡了Cl—的侵蚀,阻碍了氧气和电子的自由传输,从而抑制了铝合金的腐蚀反应,提高了铝合金的耐蚀性能。2)高锰酸钾-硝酸铈钝化体系的最佳成膜参数为:在硝酸铈5g/L,钝化液pH为2.0的条件下,高锰酸钾浓度为1.5g/L,钝化温度为40℃,钝化时间为10min。通过失重实验发现,在最佳成膜条件下处理的铝合金和单一硝酸铈钝化体系(硝酸铈浓度5g/L,钝化温度40℃,钝化时间10min)处理后的铝合金在3%NaCl腐蚀溶液中的平均腐蚀速率分别为0.0364 g/(m~2·h)和0.1536g/(m~2·h),相比于未处理铝合金的钝化效率分别为92.90%和70.06%。由接触角测试可知,未处理铝合金表面的接触角是66.6°,在高锰酸钾-硝酸铈钝化体系最佳成膜条件下处理后的铝合金和相应的单一硝酸铈钝化体系处理后的铝合金表面的接触角分别是103.5°和90.3°。SEM表明,相比于单一硝酸铈钝化处理后的表面,高锰酸钾-硝酸铈钝化处理后的试样表面膜更加均匀明显。且经高锰酸钾-硝酸铈钝化处理后的试样表面几乎无明显腐蚀现象。EDS分析表明,添加高锰酸钾于硝酸铈钝化液中制备的钝化膜上的铈含量明显高于单一硝酸铈钝化液制备的钝化膜。最后推断在铝合金表面的铈基钝化膜的组成为Ce(Ⅲ)/Ce(Ⅳ)/Al氧化物/氢氧化物及锰氧化物。钝化膜耐蚀机理为:由于钝化膜的存在,阻挡了Cl—的侵蚀,阻碍了氧气和电子的自由传输,从而抑制了铝合金的腐蚀反应,提高了铝合金的耐蚀性能。
【关键词】：铝合金铈基钝化膜 双氧水 高锰酸钾 电化学测试 防腐蚀性能
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 铝及铝合金的铬酸盐钝化11-14
• 1.2.1 六价铬钝化11-13
• 1.2.2 三价铬钝化13
• 1.2.3 铬钝化存在的问题13-14
• 1.3 铝及铝合金的无铬钝化14-17
• 1.3.1 钼酸盐钝化14-15
• 1.3.2 锆酸盐钝化15
• 1.3.3 钛酸盐钝化15-16
• 1.3.4 高锰酸盐钝化16
• 1.3.5 稀土金属盐钝化16
• 1.3.6 其他无铬钝化16-17
• 1.4 铝及铝合金的稀土钝化17-19
• 1.4.1 稀土钝化的发展历程17-18
• 1.4.2 稀土钝化的成膜工艺18-19
• 1.4.3 稀土钝化存在的问题19
• 1.5 本文选题的意义和研究内容19-22
• 1.5.1 选题的意义19
• 1.5.2 研究内容19-22
• 2 实验部分22-28
• 2.1 实验材料、试剂及实验仪器22-23
• 2.2 ADC12铝合金电极的制备23
• 2.3 ADC12铝合金电极的表面预处理23
• 2.4 铈基钝化膜的制备23-25
• 2.4.1 钝化处理的基本步骤23-24
• 2.4.2 不同体系钝化液的配制24
• 2.4.3 钝化膜的制备24-25
• 2.5 性能测试25-28
• 2.5.1 电化学测试25-26
• 2.5.2 失重实验26
• 2.5.3 表面分析实验26-28
• 3 双氧水-硝酸铈体系对ADC12铝合金防腐蚀性能的影响28-50
• 3.1 双氧水浓度对铈基钝化膜防腐蚀性能的影响28-33
• 3.1.1 动电位极化曲线测试（Tafel）28-31
• 3.1.2 交流阻抗谱测试（EIS）31-33
• 3.2 钝化温度对铈基钝化膜防腐蚀性能的影响33-37
• 3.2.1 动电位极化曲线测试（Tafel）33-35
• 3.2.2 交流阻抗谱测试（EIS）35-37
• 3.3 钝化时间对铈基钝化膜防腐蚀性能的影响37-41
• 3.3.1 动电位极化曲线测试（Tafel）37-40
• 3.3.2 交流阻抗谱测试（EIS）40-41
• 3.4 正交实验41-42
• 3.5 与单一硝酸铈钝化体系制备的铈膜的性能对比研究42-47
• 3.5.1 电化学测试分析43-44
• 3.5.2 失重实验分析44
• 3.5.3 表面形貌及元素分析44-47
• 3.6 成膜机理分析47-48
• 3.7 钝化膜的耐蚀机理48
• 3.8 小结48-50
• 4 高锰酸钾-硝酸铈体系对ADC12铝合金防腐蚀性能的影响50-72
• 4.1 高锰酸钾浓度对铈基钝化膜防腐蚀性能的影响50-55
• 4.1.1 动电位极化曲线测试（Tafel）50-52
• 4.1.2 交流阻抗谱测试（EIS）52-55
• 4.2 钝化温度对铈基钝化膜防腐蚀性能的影响55-59
• 4.2.1 动电位极化曲线测试（Tafel）55-57
• 4.2.2 交流阻抗谱测试（EIS）57-59
• 4.3 钝化时间对铈基钝化膜防腐蚀性能的影响59-62
• 4.3.1 动电位极化曲线测试（Tafel）59-60
• 4.3.2 交流阻抗谱测试（EIS）60-62
• 4.4 正交实验62-63
• 4.5 与单一硝酸铈钝化体系制备的铈膜的性能对比研究63-68
• 4.5.1 电化学测试分析64-65
• 4.5.2 失重实验分析65
• 4.5.3 表面形貌及元素分析65-68
• 4.6 成膜机理分析68-69
• 4.7 钝化膜的耐蚀机理69-70
• 4.8 小结70-72
• 5 结论与展望72-76
• 5.1 结论72-74
• 5.2 展望74-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-84
• 附录84
• A. 作者在攻读工程硕士学位期间发表的论文84

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