6063铝合金磷酸基钛-钨酸盐化学转化膜的制备与性能研究

发布时间：2020-11-02 06:04

　　 铝合金是迄今为止应用范围最广的有色轻金属材料,在电子、机械、航空航天、国防、军事等领域具有不可撼动的地位。但铝化学活性高,表面易氧化,自氧化薄膜在苛刻环境下对金属基体的防护能力极为有限,易造成设备腐蚀失效,滋生安全事故。因此,表面改性处理对铝合金的应用具有重要意义。化学转化是铝合金最经济、最有效、应用范围最广的表面处理技术之一。传统的铬化处理虽然效果好,但因Cr~(6+)的剧毒而被限制使用,因此,开发新型环保的无铬化学转化技术成为铝化学转化技术领域研究的热点问题。本文以6063铝合金挤压型材为研究对象,以开发低温、无毒的铝合金无铬化学转化技术为研究目标,对新型铝合金化学转化膜的制备及其封闭处理工艺进行了研究。论文主要研究工作及成果/结果如下:(1)化学转化液有效组分筛选、配方及工艺优化以转化膜宏观形貌、硫酸铜点滴时间t_D、膜面密度ρ及膜/基结合力为主要评价指标,在筛选转化液有效成分的基础上,系统研究转化液配方及工艺参数对成膜效果的影响规律,最终锁定磷酸基钛-钨酸盐转化液最佳配方及工艺条件如下:H_3PO_4 10mL/L,促进剂A 3.5g/L,K_2Ti F_6 1.1g/L,Na_2WO_41g/L,络合剂B为1.5g/L,pH=2.40,转化温度40℃,处理时间10min。(2)磷酸基钛-钨酸盐化学转化膜封闭工艺研究为了进一步提高膜层耐蚀性,分别研究了硅酸盐和钼酸盐封闭体系对转化膜封闭效果的影响,研究结果表明:最佳封闭工艺为钼酸钠14g/L,封闭温度50℃,封闭时间30min。封闭处理后,转化膜均匀平整,呈金褐色,膜/基结合力良好。(3)典型试样性能分析对封闭前后的磷酸基钛-钨酸盐化学转化典型试样以及传统Alodine试样、铝合金空白试样分别进行全浸腐蚀试验、硫酸铜点滴试验、动电位极化(PDP)测试以及SEM、EDS分析。SEM观察结果表明:转化试样表面完全被Ti-W转化膜覆盖,表面均匀分布大量浅坑,微观结构呈“蜂窝”状,膜层间存在孔隙。封闭后,SEM结果显示在已有膜层的缝隙处生成了新膜层,新生膜层表面存在着大量微小裂纹,表面附着有许多“枝桠”结构。全浸腐蚀试验、点滴试验结果表明:转化膜耐蚀性排序如下:转化+封闭试样Alodine试样≥转化试样空白试样,其中转化试样与Alodine试样t_D值仅相差5s。PDP测试结果表明:转化试样、Alodine试样及典型转化+封闭试样在3.5wt%NaCl溶液中对应E_(corr)分别为-0.668V、-0.612V和-0.425V,与空白试样相比分别正移303mV、359mV和546mV;对应i_(corr)分别为4.02×10~(-3)μA/cm~2、1.26×10~(-3)μA/cm~2和0.691×10~(-3)μA/cm~2,相较于空白试样均下降了3个数量级,且封闭后的转化试样降幅最大。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG174.4
【部分图文】：

表 2-3 主要实验仪器型号及生产厂家编号 仪器名称 型号 生产厂家1 金相抛光机 PG-2A 上海金相机械设备有限公司2 超声波清洗机 KM-34B 深圳市乐达精密工具有限公司3 pH 测试仪 pHS-3C 上海精科4 电子分析天平 Sartorius B（120g/0.1mg） 德国5 电子天平 JJ3000（0.1g-3000g） 常熟市双杰测试仪器厂6 数字恒温水浴锅 双列六孔（ 1℃） 金坛市良友仪器有限公司7 电子数显卡尺 0-150mm 上海申韩量具有限公司8 电化学工作站 CHI604C 上海晨华仪器公司9 扫描电镜 Merlin 德国 Zeiss 公司10 电热蒸馏水器 DZ-5 上海三申医疗器械有限公司2.2 技术路线本论文的技术研究路线如图 2-1 所示。

图 3-11 转化温度对化学转化膜宏观形貌的影响：a) 30℃, b) 35℃, c) 40℃, d) 45℃, e) 50℃3.6.2 溶液 pH 值化学转化是发生于固/液相界的多相电化学反应过程，是膜的形成和溶解相互竞争的过程。因此，转化液 pH 值对转化成膜效率及膜层质量均会产生重要影响。转化液 pH值变化对成膜效果影响规律研究结果见表 3-8 和图 3-12。其中，转化温度和转化时间分别控制为 40℃、10min。溶液 pH 值以 10wt%H2SO4溶液和 10wt%NaOH 溶液调节，由pHS-3C 型酸度计进行测定。可见：随溶液 pH 值升高，转化膜膜层面密度和耐蚀性均先升后降，当 pH=2.40 时，ρ 和 tD均达到最佳值。当溶液 pH 值过低时，转化膜形成过程较其溶解过程优势不大，因此膜层净生长速率低，所得膜层薄，对侵蚀性介质的阻挡能力差；当溶液 pH 值过高时，Al 基体的阳极溶解过程过快，成膜受阻，因此转化效率降低，膜层薄而不均且膜/基结合力亦不理想。表 3-8 溶液 pH 值对转化效果的影响

试样前处理后表面SEM形貌
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 孙硕;宋贡生;马正华;;铝基化学镀镍浸镍前处理的研究进展[J];表面技术;2015年11期

2 方景礼;;化学镀镍废液处理的现状与ENP-1化镍废液处理剂[J];电镀与精饰;2015年10期

3 李红玲;刘双枝;;6061铝合金氟钛酸盐转化膜耐蚀性能的改性研究[J];腐蚀与防护;2015年10期

4 黄啸竹;刘庆芬;张超;梁向峰;李望良;刘会洲;;铝合金锰(Ⅶ)–钛(Ⅳ)系无铬化学转化成膜工艺[J];过程工程学报;2014年05期

5 李占明;邱骥;孙晓峰;黄元林;;铝合金表面微弧氧化技术研究与应用进展[J];装甲兵工程学院学报;2013年03期

6 缪树婷;郝利峰;韩生;;三价铬钝化液的研究进展[J];电镀与精饰;2012年12期

7 熊志平;辜蕾钢;刘显军;王业科;李玉娇;王哲磊;;铝及其合金表面铬酸盐处理替代工艺的研究进展[J];广州化工;2012年19期

8 周雅;江溢民;周佳;;铝合金微弧氧化膜层耐蚀性研究现状[J];失效分析与预防;2012年01期

9 陈步明;郭忠诚;;化学镀研究现状及发展趋势[J];电镀与精饰;2011年11期

10 王艳秋;王岳;陈派明;邵亚薇;王福会;;7075铝合金微弧氧化涂层的组织结构与耐蚀耐磨性能[J];金属学报;2011年04期

相关博士学位论文 前2条

1 金华兰;镁合金表面钡基磷化处理技术研究[D];南昌大学;2009年

2 范赛荣;5-磺基水杨酸配合物的合成及结构研究[D];浙江大学;2008年

相关硕士学位论文 前4条

1 张贺宏;铝合金表面耐蚀防污化学转化膜的制备与性能研究[D];北京化工大学;2015年

2 杜文朝;铝合金钛锆盐转化膜的制备与性能研究[D];燕山大学;2012年

3 宋晓敏;AM60镁合金化学抛光及化学转化膜的研究[D];湖南大学;2009年

4 韩哲;铝合金表面无铬化学氧化膜工艺及性能研究[D];北京化工大学;2008年

本文编号：2866667