稀土转化膜处理液的稳定性及其优化工艺

论文摘要

本文在课题组前期研究的Ce-Mn转化膜工艺基础体系下,首先对几种不同的前处理方法和促进成膜的添加剂进行定性比较,得到一种最优工艺。进而对这种工艺在一定条件下进行连续成膜,在此过程中对转化液的各种参数及所成膜层性能进行定量分析,考察转化液的极限成膜能力。通过化学实验及分析得到转化液中主要成膜元素的含量变化,以此为依据对转化液进行适时适量补加,得到一种能够提高转化液连续成膜能力的补加方式。具体结果如下:经对比实验确定稀土转化膜工艺的前处理采用两步法:工业酸性除油剂常温下清洗约3min,然后经浓度为10%的NaOH活化30s。可以达到成膜质量较好,降低成本,且与实际生产工序相近。通过放大实验定性比较,确定最好的成膜促进剂和稳定剂,得到最优成膜工艺:基础体系KMnO42g/L、Ce（NO3）38g/L;成膜促进剂;双酸稳定剂。以最优工艺配置转化液,以固定的合金表面积/转化液体积比（680cm2/L）和固定的频率（3次/h）,严格按照实际工况连续成膜测试转化液的极限成膜能力。加入稳定剂的转化液在常温下,8min左右成膜,可以连续成膜达24h,成膜面积约为4.896m2/L,比不加稳定剂的转化液的pH值稳定时间长,沉淀出现的时间延后,有效成膜时间延长4-5倍,有效成膜面积增加4倍。通过测定连续工作时转化液所成膜层的膜厚、耐点滴腐蚀时间、电化学自腐蚀电流密度,对膜层形貌和元素组成进行分析,确定膜层性能随连续成膜时间变化规律,结合转化液外观、沉淀情况、pH值变化阐述转化液性能变化。可以把转化液的使用寿命分为稳定高效成膜部分（前5h内）;出现老化迹象部分（5-13h）;不稳定成膜部分（13-17h）;迅速老化部分（17-24h）。通过滴定实验估算氧化剂KMnO4的消耗速率。为保证产生的沉淀最少,选择在5h处进行补加,补加不会促进沉淀产生。补加量为0-5h内的KMnO4消耗量0.128g/L。制定氧化剂KMnO4的理想补加曲线。对整个连续成膜过程中膜层中沉积的Ce元素的量进行计算,最终得到Ce（NO3）3的平均消耗速度为1.054g/m2。为贴近实际应用,同样选择在连续成膜5h时进行补加,补加量为1.075g/L,由此制定主盐Ce（NO3）3的理想补加曲线。实验验证成膜元素的补加有效地延长了转化液的高效稳定成膜时间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 铝及铝合金的腐蚀失效
• 1.2 铝合金表面处理技术综述
• 1.2.1 阳极氧化法
• 1.2.2 微弧氧化
• 1.2.3 传统化学氧化法
• 1.2.4 无铬化学氧化法
• 1.3 稀土转化膜
• 1.3.1 稀土转化膜发展历程
• 1.3.2 稀土转化膜工艺
• 1.3.3 稀土转化膜成膜机理
• 1.3.4 稀土转化膜工艺存在的主要问题
• 1.4 本课题的主要研究内容及意义
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验技术路线
• 2.2 实验材料、药品及设备
• 2.3 优化工艺实验方案
• 2.3.1 前处理工艺遴选实验
• 2.3.2 成膜促进剂遴选实验
• 2.4 极限成膜能力实验
• 2.4.1 不加稳定剂的极限成膜能力实验
• 2.4.2 加入稳定剂的极限成膜能力实验
• 2.5 转化液成膜能力表征方法
• 2.5.1 转化液成膜有效时间及有效面积
• 2.5.2 转化膜外观及表面质量
• 2.5.3 溶液pH 值测量
• 2.5.4 转化膜微观形貌及成分分析
• 2.5.5 耐腐蚀性能检测
• 第三章 稀土转化膜处理液稳定性能研究
• 3.1 成膜工艺的优化选用
• 3.1.1 前处理工艺的优化选用
• 3.1.2 放大实验中成膜促进剂的优化选用
• 3.1.3 最佳成膜工艺
• 3.2 不加入稳定剂的转化液极限成膜能力分析
• 3.2.1 实验现象与结果
• 3.2.2 转化液连续使用过程中pH 值的变化
• 3.2.3 膜层形貌和成分分析
• 3.2.4 耐腐蚀性能检测
• 3.3 加入稳定剂的转化液极限成膜能力分析
• 3.3.1 实验现象与结果
• 3.3.2 加入稳定剂的转化液使用过程中pH 值变化分析
• 3.3.3 连续成膜膜层厚度分析
• 3.3.4 膜层形貌与成分分析
• 3.3.5 连续成膜膜层的耐腐蚀性能研究
• 3.4 稳定剂对连续成膜溶液作用
• 3.5 本章小结
• 第四章 稀土膜转化液的维护
• 4.1 成膜过程与机理探讨
• 4.2 主要成膜元素的存在状态
• 4.3 转化液有效性机理研究
• 4.4 氧化剂的补加规律
• 4^-滴定实验'>4.4.1 MnO₄^-滴定实验
• 4 的补加方案'>4.4.2 KMnO₄的补加方案
• 4.5 成膜主盐的补加规律
• 4.5.1 膜层中Ce 的含量计算
• 3）₃ 的平均消耗速度'>4.5.2 连续成膜过程中Ce（NO₃）₃的平均消耗速度
• 3）₃ 的消耗规律与补加方案'>4.5.3 Ce（N0₃）₃的消耗规律与补加方案
• 4.6 实验验证
• 4.7 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件