铝合金铬酸盐化学转化膜的研究

论文摘要

传统的六价铬酸盐表面技术成本低、工艺简单、应用广泛,而且膜层质量优良,高于其它的化学转化膜,但是它的膜层和废液中含高毒性的重金属离子Cr6+。在环保要求日益严格的形势之下,它必然被低毒或无毒的化学转化膜技术所取代。三价铬酸盐化学转化膜技术的毒性只有六价铬处理工艺的1%,膜层性质与六价铬酸盐化学转化膜相似,是最理想的替代技术之一。稀土元素的电子结构特殊,化学活性很强,它在金属表面处理的应用越来越广泛,在化学转化膜方面多用于细化膜层结晶晶粒,改善金属的防护性能,是一种优良的促进剂。本文通过开路电位-时间曲线、电流-时间曲线、扫面电镜SEM、动态极化曲线和交流阻抗图谱充分认识了传统六价铬酸盐化学转化膜的成膜过程、成膜机理以及其防护性能,并且选取不同含量（0-60 mg/L）的稀土添加剂CeCl3、LaCl3、YCl3,研究了不同稀土氯化物对六价铬酸盐化学转化膜的影响。在六价铬酸盐化学转化膜的研究基础上,提出和优化三价铬酸盐化学转化膜技术的配方和工艺条件,讨论了其成膜过程和防护性能。正交试验确定六价铬酸盐化学转化膜制备的最佳配方和工艺条件为:CrO3 3.5 g/L、NaF 1.2 g/L、K2Cr2O7 1.2 g/L、pH值2.0、处理温度40℃,成膜处理时间5 min。六价铬酸盐化学转化膜的成膜过程是一个电化学的反应过程,整个时间很短,大约200s就可以完成成膜过程。它的膜层表面疏松多孔,存在裂纹,主要是水合三氧化铝和三氧化铬的固态沉积物,就是这层固相隔离层提高了铝合金的防护性能。部分Cr6+可能被束缚在膜层中,当膜层微小破损时,起自我修复作用。交叉比较了不同含量（0-60 mg/L）的稀土添加剂CeCl3、LaCl3、YCl3对铬酸盐化学转化膜的影响,研究发现稀土元素的加入对铝合金的成膜时间影响不大,但是它可以使膜层更加均匀、致密,在3.5% NaCl溶液中的腐蚀电位Ecorr升高,腐蚀电流icorr降低,而且添加40 mg/l CeCl3对改善膜层的微观结构和防护性能效果最佳。优化三价铬酸盐化学转化膜的成膜配方,选取为40 mg/l CeCl3作为促进剂,具体处理液组分和工艺条件为:硫酸铬钾KCr（SO4）2 20g/L, H3PO4 3ml/L,NaF 1.2g/L,CeCl3 40mg/L,表面活性剂少量,pH值1.5-2.0,处理温度35℃,成膜时间5 min,在此工艺条件下制备的三价铬酸盐化学转化膜的防护性能和传统六价铬化学转化膜的相当。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 化学转化膜的定义、分类以及应用
• 1.2 铝及铝合金的化学转化膜
• 1.2.1 铝及其合金的物理化学性质和应用
• 1.2.2 铝及其合金的腐蚀及腐蚀的基本类型
• 1.3 铝和铝合金的表面预处理
• 1.4 化学转化膜—化学氧化处理
• 1.4.1 化学氧化膜的基本机理、性质以及其工艺特点
• 1.4.2 化学转化膜的常用的处理方法及其应用特点
• 1.4.3 无铬化学转化膜
• 1.5 稀土元素在材料表面处理的应用
• 1.6 三价铬酸盐化学转化膜
• 1.7 论文研究的目的、意义和主要内容
• 1.7.1 论文研究的目的和意义
• 1.7.2 论文研究的主要内容
• 第二章 实验材料和研究方法
• 2.1 实验材料、所用药品和实验仪器
• 2.2 研究方法
• 第三章 六价铬酸盐化学转化膜的制备与防护性能
• 3.1 引言
• 3.2 正交试验
• 3.3 铬酸盐处理工艺的各影响因素
• 3.4 铬酸盐化学转化膜的成膜过程
• 3.4.1 六价铬酸化学转化膜的成膜动力学
• 3.4.2 铬酸盐化学转化膜的成膜过程微观形貌
• 3.4.3 六价铬酸化学转化膜的成膜机理分析
• 3.5 六价铬酸盐化学转化膜的防护性能
• 3.5.1 六价铬酸盐化学转化膜的动态极化曲线（Tafel）
• 3.5.2 六价铬酸盐化学转化膜的交流阻抗图谱（EIS）
• 3.6 小结
• 第四章 稀土氯化物对六价铬酸盐化学转化膜的影响
• 4.1 引言
• 4.2 不同稀土氯化物对六价铬酸盐化学转化膜的影响
• 3 对六价铬酸盐化学转化膜的影响'>4.2.1 不同含量0-60mg/L CeCl₃对六价铬酸盐化学转化膜的影响
• 3 对六价铬酸盐化学转化膜的影响'>4.2.2 不同含量0-60mg/L LaCl₃对六价铬酸盐化学转化膜的影响
• 3 对六价铬酸盐化学转化膜的影响'>4.2.3 不同含量0-60mg/L YCl₃对六价铬酸盐化学转化膜的影响
• 4.3 40 mg/L 不同稀土氯化物对铝合金六价铬酸盐化学转化膜微观形貌和防护性能的影响
• 3 对铝合金六价铬酸盐化学转化膜的影响'>4.4 40mg/L CeCl₃对铝合金六价铬酸盐化学转化膜的影响
• 3 对铝合金六价铬酸盐化学转化膜成膜过程的影响'>4.4.1 40mg/L CeCl₃对铝合金六价铬酸盐化学转化膜成膜过程的影响
• 3 对铝合金六价铬酸盐化学转化膜防护性能的影响'>4.4.2 40mg/L CeCl₃对铝合金六价铬酸盐化学转化膜防护性能的影响
• 4.5 稀土氯化物对六价铬酸盐化学转化膜改性的机理分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 三价铬酸盐化学转化膜的制备与防护性能
• 5.1 引言
• 5.2 三价铬酸盐化学转化膜的应用与研究进展
• 5.3 三价铬酸盐化学转化膜的工艺探讨
• 5.4 三价铬酸盐化学转化膜的制备
• 5.5 三价铬酸盐化学转化膜的电化学成膜过程和微观形貌
• 5.5.1 三价铬酸盐化学转化膜的电化学成膜过程
• 5.5.2 三价铬酸盐化学转化膜的微观形貌SEM
• 5.6 三价铬酸盐化学转化膜的防护性能—极化曲线
• 5.7 三价铬酸盐化学转化膜技术主要研究方向和亟待解决的关键问题
• 5.8 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 下一步研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录