铝基铈转化膜制备与耐蚀性能研究

论文摘要

本文研究了在工业纯铝1060表面沉积铈转化膜的工艺,探索了铈盐转化处理的成膜工艺和成膜机理。通过正交优化、单因素试验等方法确定了成膜的工艺参数,并具体分析了各工艺参数对成膜效果的影响。利用涂层测厚仪检测铈转化膜的厚度;利用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）及附带的X射线能谱仪（EDS）分析铈转化膜的微观形貌、组织结构和元素组成;采用极化曲线、电化学阻抗谱（EIS）和全浸腐蚀实验评价铈转化膜的耐腐蚀性能,并研究转化膜的电化学腐蚀行为和耐蚀机理。研究表明,在工业纯铝1060表面进行铈盐转化处理的最优成膜工艺参数为:CeCl3·7H2O浓度40g/L,H2O2浓度60ml/L,NaClO4浓度160g/L,乙烯基三甲氧基硅烷浓度5g/L,苯骈三氮唑浓度0.5g/L,苯甲酸钠浓度0.5g/L,溶液pH值为3.0,温度为室温,时间10min。铝表面形成的铈转化膜由大量颗粒组成,膜层主要组成为铈的氧化物或氢氧化物,并且乙烯基三甲氧基硅烷参与了转化膜的形成过程;转化膜的表面由于干燥脱水而形成了宽度不超过100nm的裂纹;铈转化膜能将铝基体与腐蚀介质隔绝,抑制腐蚀过程,减小腐蚀速率,为铝基体提供有效的保护作用。转化液中的H2O2、NaClO4、乙烯基三甲氧基硅烷、苯骈三氮唑与苯甲酸钠浓度以及溶液pH值均对铈转化膜膜层形貌及耐蚀性能有不同程度的影响:H2O2能够氧化铈离子,并水解产生的OH-,促进铈离子沉积,加速成膜反应;NaClO4维持转化液的氧化坏境,并提高溶液中的Cl-含量,加速铝表面微电池的产生,促进H2O2的水解和膜层的沉积,提高膜层与基体的结合力;乙烯基三甲氧基硅烷可水解成为硅醇,与铈离子、铝基体及硅醇间发生反应,提高铈转化膜的均匀性与致密性;苯骈三氮唑与铈离子络合,防止铈沉积颗粒的团聚;苯甲酸钠作为pH值缓冲剂,防止因转化液的快速变化而使铈离子大量絮沉;转化液的pH影响着铝表面微阳极区的铝溶解和微阴极区铈盐的沉积以及H2O2的稳定。对铈转化膜的成膜机理进行了研究,发现在转化膜形成过程中,铝试样表面首先形成微电池沉淀体系,铈离子产生沉积,形成薄而紧密的膜层;然后在苯骈三氮唑和水解所产生硅醇的调节下,转化膜逐渐增厚,并具有良好的的均匀性、致密性与膜电阻值;最终因微阳极区缩小,膜层生长速度减缓。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 文献综述
• 1.1 铝及铝合金的特点与应用
• 1.2 铝合金的分类与性能
• 1.3 铝合金的腐蚀类型
• 1.3.1 全面腐蚀
• 1.3.2 局部腐蚀
• 1.3.3 应力腐蚀
• 1.4 铝合金表面防护技术
• 1.4.1 阳极氧化法
• 1.4.2 有机涂层法
• 1.4.3 金属涂层法
• 1.4.4 化学氧化法
• 1.5 稀土转化膜工艺的研究现状
• 1.5.1 稀土转化膜工艺的发展历程
• 1.5.2 稀土转化膜成膜机理
• 1.6 存在的问题
• 1.7 研究目的与意义
• 1.8 本文研究的主要内容
• 2 试验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 主要仪器与试剂
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 成膜前试样的处理工艺
• 2.3.2 铈转化膜的制备过程
• 2.3.3 转化膜的性能检测方法
• 3 铝合金表面铈转化膜工艺研究
• 3.1 转化膜成膜工艺参数的确定
• 3.2 成膜工艺的正交优化实验设计
• 3.3 正交试验结果
• 3.4 铈转化膜最优工艺实验分析
• 3.4.1 转化膜的形貌与成分分析
• 3.4.2 转化膜的电化学测试
• 3.4.3 浸泡试验分析
• 3.5 本章小结
• 4 工艺参数对铝合金表面铈转化膜形貌与性能的影响
• 20₂ 对铈转化膜的影响'>4.1 H₂0₂对铈转化膜的影响
• 20₂ 对铈转化膜组织形貌的影响'>4.1.1 H₂0₂对铈转化膜组织形貌的影响
• 20₂ 对铈转化膜耐蚀性能的影响'>4.1.2 H₂0₂对铈转化膜耐蚀性能的影响
• 4 对铈转化膜的影响'>4.2 NACL0₄对铈转化膜的影响
• 4 对铈转化膜组织形貌的影响'>4.2.1 NaCl0₄对铈转化膜组织形貌的影响
• 4 对铈转化膜耐蚀性能的影响'>4.2.2 NaCl0₄对铈转化膜耐蚀性能的影响
• 4.3 乙烯基三甲氧基硅烷对铈转化膜的影响
• 4.3.1 乙烯基三甲氧基硅烷对铈转化膜组织形貌的影响
• 4.3.2 乙烯基三甲氧基硅烷对铈转化膜耐蚀性能的影响
• 4.4 苯骈三氮唑与苯甲酸钠对铈转化膜的影响
• 4.4.1 苯骈三氮唑与苯甲酸钠对铈转化膜组织形貌的影响
• 4.4.2 苯骈三氮唑与苯甲酸钠对铈转化膜耐蚀性能的影响
• 4.5 转化液PH 值对铈转化膜的影响
• 4.5.1 转化液pH 值对铈转化膜组织形貌的影响
• 4.5.2 转化液pH 值对铈转化膜耐蚀性能的影响
• 4.6 成膜反应时间对铈转化膜的影响
• 4.6.1 成膜反应时间对铈转化膜组织形貌的影响
• 4.6.2 成膜反应时间对铈转化膜耐蚀性能的影响
• 4.7 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文