铝合金表面新型锆钛转化膜的制备与性能研究

发布时间：2020-04-15 10:37

【摘要】：锆钛转化膜是现阶段最有潜力替代铬酸盐转化膜的无铬化学转化膜,国内外对其进行了大量的研究。但是与已经工业应用的铬酸盐转化膜相比较,锆钛转化膜的耐蚀性以及与基体及漆膜结合力方面仍有较大差距,因此限制了锆钛转化膜的工业应用。本文通过对膜层的耐蚀性测试探究了新型锆钛转化膜的最优成膜配方,并对转化膜的成膜工艺进行优化。经过优化后发现,天冬氨酸添加量3g/L制备的天冬氨酸-锆钛转化膜耐蚀性最佳。结合耐蚀性分析及腐蚀形貌分析明确了天冬氨酸-锆钛转化膜的成膜与耐蚀机制。天冬氨酸的添加能够与Zr、Ti发生络合反应生成Zr-O键与Ti-O,让转化膜表面更加致密,提升耐蚀性。以天冬氨酸锆钛转化膜工艺为基础,进一步在锆钛转化膜中分别添加高分子有机物壳聚糖以及聚乙烯醇(PVA),制备出新型的铝合金表面锆钛转化膜,转化膜的耐腐蚀性以及与基体、漆膜的结合力得到显著改善。结合电化学工作站、扫描电镜、傅氏转换红外线光谱分析仪以及X-光电子能谱仪等测试手段,对新型转化膜的性能进行考核评价。分析发现随着壳聚糖的加入促进了锆、钛元素共同沉积,并逐步扩散到转化膜表面,壳聚糖能够填补转化膜的裂纹空隙,在提升转化膜耐腐蚀性的同时,有效地增加膜层的厚度。采用10g/L PVA制备的锆钛转化膜耐腐蚀性最佳。PVA携带含氧基团上的孤对电子能够与锆、钛离子结合,以锆钛络合物的形式沉积在基体表面,有效地提升了膜层的耐蚀性以及与基体的结合强度。为进一步探究转化膜涂漆后的性能以及结合力,将漆膜涂覆在转化膜表面,运用拉拔实验、划格实验以及盐雾实验判定新型锆钛转化膜的综合性能。结果表明,壳聚糖及聚乙烯醇的添加,能够显著改善锆钛转化膜与基体以及与漆膜的结合力。在盐雾实验中有效抑制漆膜的起泡以及脱漆现象。
【图文】：

示意图,拉拔,示意图,附着力

够对环境中腐蚀离子的进入起到良好的阻碍作用。本研究应用 GB9286-8痕实验，对转化膜表面以及漆膜表面均进行了划痕测试，依据划痕划口位层剥落现象对转化膜的结合力进行合理评判。应用刀片在铝合金表面膜层mm 相互平行的线条，使用同样的办法在转化膜表面沿着与第一批划痕垂划痕，划痕应确保尽量一次性穿破膜层达到基体。随后应用软毛刷沿着划轻将膜层残留物去除。应用 3M 胶带覆盖整个划痕位置，用手指用力摁压带与膜层的粘结紧密。在胶带贴上的 5min 钟内将胶带缓慢撕下，按照划脱落的总面积对转化膜附着力的大小进行判定。转化膜涂覆漆膜后的结合的划格及粘除方法进行。附着力一般分为 0-5 六个级别，0 级为附着力最着力最差。2. 拉拔实验应用 POSITEST 附着力测量仪进行膜层的结合力测试，分别采用拉拔法膜之间干态附着力以及湿态附着力进行测试，其中湿态附着力为浸泡在液中 24h 后的附着力。拉拔设备及具体操作详见下图 2.1。拉拔设备

照片,转化膜,高锰酸钾,添加剂

哈尔滨工程大学硕士学位论文图 3.3(a)能够看出该锆钛转化膜是连续膜，膜层表面分布着大小一致的球状小颗粒，小颗粒之间相互连接；另外，，从图中同时能够观察出，高锰酸钾形成的转化膜并没有分布排列的较为密集，可能是由于高锰酸钾存在强氧化性，造成在化学转化过程中，高锰酸钾与铝合金的表面发生氧化还原反应，锰以锰氧化物的形式存在并沉积在铝合金表面，同时，锰离子的沉积也阻碍了锆、钛离子与氟离子的均匀沉积，造成分布不紧密的现状。图 3.3(b)为该转化膜的能谱分析，结果显示，该转化膜主要含 Ti、Zr、F、Al、Mn、K等元素，其中 Al 的质量分数为 27.09%，F 的质量分数为 31.25%，Ti、Zr 的质量分数仅为 4.27%和 2.23%。(a) (b)
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4

【参考文献】