2024铝合金表面防护薄膜的制备及腐蚀摩擦行为研究

发布时间：2016-12-17 13:04

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《中北大学》 2015年

2024铝合金表面防护薄膜的制备及腐蚀摩擦行为研究

秦立光  

【摘要】：铝及铝合金较为活泼，在自然条件下其表面会生成一层致密的氧化膜，使铝不发生腐蚀。虽然铝在大气中具有良好的耐腐蚀性能，但是由于其表面上的天然氧化膜厚度较薄，同时大气温度、盐分及其它杂质种类的多少，对其耐蚀性能影响较大。pH值为5~8并存在氯离子的水溶液条件下，其腐蚀速率增大，甚至可能发生点腐蚀，在酸性水溶液中，随氢离子浓度的增加，腐蚀加快。常见的铝及铝合金的腐蚀形态有：电偶腐蚀、点腐蚀、丝状腐蚀、层状腐蚀、晶间腐蚀以及应力腐蚀等。为了提高铝合金的使用性能，延长它的寿命，扩展应用范围，需要对铝合金进行表面处理，以提高或改进铝合金在防护性、功能性等方面的问题。 本文在铝合金表面制备有机以及硬质薄膜，并对所制备的薄膜进行了耐蚀性能和摩擦性能的测定，探讨了制备薄膜对铝合金性能的影响及其作用机理。 首先采用简单化学刻蚀方法在铝合金表面制备了微/纳的二元复合结构，然后通过十八烷基三乙氧基硅烷（OTS）、1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDS），3-氨丙基三乙氧基硅烷（APS）的进一步修饰在铝合金表面上生成了疏水和亲水型的薄膜。利用SEM、AFM、FTIR、XPS表征了膜层的表观形貌、表面成分以及键结构等信息，并考察了表面形貌和薄膜类型对表面润湿性能的影响。通过极化曲线和电化学阻抗谱等手段考察了所制备薄膜的耐蚀性能，得出了化学刻蚀法制备薄膜的最佳参数为：体积分数33%的盐酸溶液，化学刻蚀2min，在其上化学修饰疏水性试剂所制备的薄膜的接触角最大，相对于空白样铝合金的自腐蚀电位正移了0.45V，腐蚀电流密度减小了4倍，有效提高了铝合金的耐蚀性能。摩擦试验表明：所制备的OTS自组装单分子层的摩擦系数最低，相较于空白铝合金样品的磨损率下降了8个数量级，大大提高了铝合金的耐磨性能。 其次，采用化学刻蚀和阳极氧化相结合的方法在铝合金表面构造了粗糙的界面，并通过十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷（G502）的进一步修饰得到了耐蚀性能良好的表面防护膜层。考察了初期化学刻蚀对阳极氧化膜结构和性能的影响，结果表明：化学刻蚀预处理作为模板改变了阳极氧化膜的形貌和耐蚀性能，当刻蚀时间为3min时，膜层的耐蚀性能最佳，相对于未经刻蚀的样品的腐蚀电位正移了0.15V，腐蚀电流密度下降了两个数量级，有效提高了铝合金的耐蚀性能。 最后，尝试磁控溅射的方法在质地较软的铝合金表面沉积了掺杂有铬的类金刚石薄膜（Cr-DLC），，以期在提高基底铝合金的耐蚀和耐磨性能的同时兼顾改善铝合金的力学性能。结果表明：将Cr层作为中间过渡层可以有效避免DLC薄膜直接沉积在铝合金表面容易发生涂层脱落等问题，提高了涂层与基底的结合强度。在对薄膜进行电化学、摩擦学以及硬度测试之后发现：沉积有DLC薄膜的样品相对于空白样铝合金的腐蚀电位正移了0.3V，摩擦系数减小了4倍，磨损率下降了3个数量级，硬度提升了4倍。

【关键词】：
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

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