6063铝合金中性无铬转化膜制备及膜层性能分析

目的提高铝合金微小器件的耐蚀性,开发一种条件温和可控的转化膜成膜工艺。方法采用中性无铬转化工艺,在6063铝合金表面制备转化膜。通过研究NaF、NH_(4)HF_(2)、KMnO_(4)、十二烷基硫酸钠(SDS)和没食子酸等几种添加剂对转化膜外观与耐蚀性的影响,确定NH_(4)HF_(2)为最佳添加剂。采用电化学方法分析膜层的耐蚀性,用SEM和EDS分析表面形貌及元素组成,并采用XRD和XPS表征膜层晶态结构和化合物组成。基于检测结果,简要分析转化膜的成膜过程。结果最终得到了中性转化处理的最佳成膜工艺为EDTA-2Na8.0g/L,单宁酸1.0g/L,Na_(2)WO_(4)6.0g/L,H_(2)ZrF_(6)4.0g/L,NH_(4)HF_(2)3.0g/L,pH6.6,成膜温度为30℃,成膜时间为15 min。该工艺所制备的转化膜外观致密均匀,颜色为浅黄色。电化学测试结果表明,转化膜具有良好耐蚀性,自腐蚀电流密度由基体铝合金的16.22µA/cm^(2)下降为转化处理后的0.87µA/cm^(2)。EDS能谱分析结果表明,膜层主要由Al、C、F、O、Na、Zr和W元素组成。XRD结果显示,膜层中含有Na_(3)AlF_(6)晶体。XPS分析结果表明,膜层中还含有Al_(2)O_(3)、AlF_(3)、WO_(3)、ZrF_(4)以及金属有机络合物。结论采用中性转化处理工艺,可以在6063铝合金表面制备有色均匀、耐蚀性良好的转化膜,膜层主要由Al的难溶化合物组成。

外场快速修复用六价铬转化膜的性能

外场装备损伤部位快速修复可维持装备服役期间的功能性及寿命。文章对比分析了AA7B04铝合金表面损伤部位及六价铬转化膜再修复样品的表面微观组织、化学成分、电化学性能、酸性盐雾性能。研究结果表明,自主研发六价铬溶液可有效修复划痕样品。划痕修复部位形成一层致密薄膜,且主要成分包括Cr、F、O、K等元素;对比分析拉曼光谱结果,划痕修复部位存在显著的六价铬CrO_(4)^(2-)(847 cm^(-1));电化学阻抗谱结果证明再修复样品在10-2Hz处阻抗膜值为5.09×10^(5)Ω⋅cm^(-2),比划痕样品提高了5倍;电动位极化曲线显示再修复样品自腐蚀电流密度为10^(-5.5)A·cm^(-2),与划痕样品相比下降了1个数量级;此外,再修复样品耐酸性盐雾周期超过336 h,样品表面无腐蚀点,表面盐雾评级达到10级,失重法表征的腐蚀速度比划痕样品下降1个数量级。

AZ31B镁合金钒/硅烷复合转化膜的制备与表征

目的改善钒酸盐转化膜表面形貌,提高单一钒酸盐转化膜的耐蚀性能。方法使用偏钒酸盐和硅烷通过两步法在镁合金表面制备钒/硅烷复合转化膜,比较不同硅烷制备的复合膜的耐蚀性能,从而确定使用硅烷的种类,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外光谱(FT-IR)观察转化膜的微观形貌并分析转化膜的组成和结构,通过交流阻抗测试(EIS)、Tafel极化曲线测试和全浸腐蚀实验评价转化膜的耐蚀性能,并采用划格实验和接触角测试评价转化膜的结合力和疏水性。结果确定使用BTEPST(双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物)作为成膜组分,使用偏钒酸钠和BTESPT在镁合金表面成功制备钒/BTESPT复合膜,复合膜表面均匀平整,致密无裂纹,与基体结合力好,具有疏水性,该复合膜的组成元素为Mg、V、C、O、Si和S,且元素分布较均匀,膜层是包含Si—O—S、Si—O—Mg、Si—O—V等共价键的交联结构。交流阻抗测试结果显示,钒/BTESPT复合转化膜的膜层电阻为1.17×10^(5)Ω·cm^(2),电荷转移电阻为1.076×10^(5)Ω·cm^(2)。极化曲线测试结果表明,复合膜的腐蚀电位为-1.4570V,腐蚀电流密度为1.4980×10^(-7)A·cm^(-2),腐蚀电流密度相较于基体降低约2个数量级,对镁合金的保护效率达到99.6%。复合转化膜在3.5%(质量分数)NaCl溶液中长期浸泡10d未发生明显腐蚀,全浸实验浸泡14d腐蚀速率为0.0580 g/(m^(2)·h),未处理的镁合金腐蚀速率则为0.5186 g/(m^(2)·h)。结论钒/BTESPT复合膜能进一步提高钒酸盐转化膜对AZ31B镁合金的保护性能。

7075铝合金无铬化学转化膜工艺的研究

采用无铬化工艺,以氟锆酸钾和氟钛酸钾为主盐,高锰酸钾作为着色剂,硫酸镁作为成膜促进剂,研发出一种金黄色无铬铝合金钛锆转化膜。利用单因素实验和正交实验确定了最优转化液组成和工艺条件,并通过铬酸盐点滴实验、塔菲尔极化曲线、NaCl溶液腐蚀实验等研究转化膜的耐腐蚀性能。结果表明:K2TiF66g/L,K2ZrF66g/L,KMnO420g/L,MgSO48g/L,在温度25℃、pH为3.7、反应时间7min条件下,制得的铝合金转化膜均匀、连续、带有金黄色。该工艺下制备的化学转化膜自腐蚀电流密度降低了两个数量级,其耐蚀性得到了明显的提高。

杂质镓对纯铝表面锆钛转化膜的组织及耐腐蚀性能的影响

目的探究杂质镓对纯铝锆钛转化膜的生长规律和防护性能的影响。方法采用扫描电化学显微镜(SECM)技术表征了含镓纯铝表面锆钛转化膜在3.5%(质量分数)NaCl溶液中局部腐蚀的演变过程,结合X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)等技术分析了镓对纯铝锆钛转化膜的组织及成分的影响规律,采用开路电位法(OCP)、电化学阻抗技术(EIS)以及极化曲线(Tafel)等探究了杂质镓对纯铝表面转化膜的生长和耐腐蚀性能的影响规律。结果锆钛转化膜主要由冰晶石Na3AlF6、氧化物(如TiO_(2)、ZrO_(2)、Al_(2)O_(3))和有机金属络合物组成;杂质镓的添加会抑制铝表面转化膜的生长,破坏膜层的完整性。随镓含量(质量分数)从0%增大到0.5%,锆钛转化膜阻抗值从4.75×10^(4)Ω·cm^(2)不断减小到2.49×10^(3)Ω·cm^(2),自腐蚀电流密度由0.45μA增加到13.4μA,腐蚀电位从-0.485 V降低到-0.890 V,耐腐蚀性能逐渐降低。在锆钛转换膜的SECM微区腐蚀演变过程中,膜层自修复行为会降低膜层的被腐蚀倾向,但富集在表面的镓会抑制自修复膜层的形成,导致基体被严重腐蚀。结论铝中的杂质镓能够直接影响锆钛膜的完整性,降低对铝基体的保护,导致了铝基体局部腐蚀溶解的发生。

5056铝箔表面新型三价铬转化膜的形成过程及影响因素

目的提高5056铝箔的耐腐蚀性能,探究新型三价铬转化膜的形成过程和主要影响因素。方法在自主研发的新型三价铬转化液中对5056铝箔进行表面处理,通过改变镀膜时间、镀液pH、镀液温度来调控转化膜的结构和性能;通过重铬酸钾点滴测试、电化学测试、接触角测试、中性盐雾试验,对新型转化膜的耐腐蚀性能和表面特性进行表征;采用超薄切片辅助扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、拉曼光谱对膜层的结构和成分进行分析。结果在优化工艺条件下,可在5056铝箔表面获得一层厚度约为80nm、具有较强疏水特性的化学转化膜,其主要成分为TiO_(2)、ZrO_(2)、Al2O_(3)、Cr(OH)_(3);经过三价铬转化膜处理后,在中性盐雾试验进行1632h后未观察到5056铝箔试样出现明显腐蚀迹象,也未发现三价铬向六价铬的转变。结论采用新型三价铬镀膜处理可以大幅提高5056铝箔在含NaCl环境中的耐腐蚀性能,随着镀膜时间的延长,合金表面先后经历转化膜的形核、稳定生长、开裂起皮、再生长与开裂起皮动态平衡等4个阶段,当转化膜稳定生长并完全覆盖合金表面时,其耐腐蚀性能最好。

铝合金表面锆钛硅烷复合转化膜的研究

为了提高铝合金表面耐腐蚀性能,本文通过六氟锆酸、六氟钛酸、偏钒酸钠、单宁酸组成的转化浴在铝表面制备了TVMC转化膜,并在此基础上,进一步研究了复合硅烷转化膜材BTSEPT(双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物)/GPTMS(3-[2,3-环氧丙氧]丙基三甲氧基硅烷)对涂层性能的改善。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射谱(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)观察转化膜的微观形貌和分析转化膜的结构组成,采用电化学阻抗谱(EIS)和极化曲线(Tafel)评价转化膜的耐腐蚀性能。结果表明,制备的TVMC/BG复合转化膜均匀完整,改善了TVMC涂层表面的裂纹与不平整情况,复合膜主要由C、O、Si、S、V元素组成且在表面分布均匀,膜层主要由Si-O-Si以及Si-O-C的交联结构组成,对基材的保护性能良好,使自腐蚀电位降低130 mV,腐蚀电流密度为1.092×10^(-8)A·cm^(-2),相对于基材降低约4个数量级。结果表明BTSEPT/GPTMS硅烷的复合膜层成功附着在TVMC涂层表面,进一步提高了对A5052铝合金的保护性能。

2198铝锂合金稀土铈化学转化膜的制备及耐蚀性研究

2198铝锂合金具有较高的比强度及比刚度,在航空航天领域有广泛应用,但其局部腐蚀敏感性较高,需进行适当的表面处理以提高其耐蚀性能。通过化学浸泡法将2198铝锂合金放入0.02 mol/L CeCl_(3)+0.029 mol/L H_(2)O_(2)水溶液中分别处理20、60 min,在其表面获得了稀土化学转化膜。使用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察和分析了稀土化学转化膜的形貌和成分;用X射线光电子能谱(XPS)分析了转化膜的元素价态;通过测试动电位极化曲线、电化学阻抗能谱(EIS)和Mott-Schottky(M-S)曲线研究了稀土化学转化膜在0.1 mol/L NaCl溶液中的腐蚀行为及耐蚀机制。结果表明:2198铝锂合金稀土化学转化膜由Ce^(4+)和Ce^(3+)的氢氧化物和氧化物、Al^(3+)的氧化物和少量的单质Cu组成,各元素在表面均匀分布;稀土化学转化膜由表面到内部氢氧化物含量减少,氧化物含量增加。处理20 min和60 min获得的稀土化学转化膜的厚度约为0.81μm和1.50μm。在0.1 mol/L NaCl溶液中,稀土化学转化处理能够抑制2198铝锂合金的阴极吸氧过程,降低合金的自腐蚀电流密度,提高合金的耐蚀性;在2198铝锂合金表面制备稀土化学转化膜能使合金的耐蚀性能提高;且与处理20 min的试样相比,处理60 min获得的稀土化学转化膜的耐蚀性较高。同时,稀土化学转化处理改变了合金的腐蚀机制,使与Cl~-吸附相关的感抗弧消失,这是由于具有n型半导体特征的稀土化学转化膜中的载流子密度降低,载流子密度呈现正电荷,不利于Cl~-的吸附。

7075铝合金表面钼/钛/钒复合转化膜的制备与性能表征

采用钼酸盐和钛酸盐为主盐,以偏钒酸钠为成膜促进剂,植酸钠为有机添加剂,在7075铝合金表面制备了钼/钛/钒复合转化膜。借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了膜层的微观形貌、元素组成和化学成分,采用电化学工作站考察了基体和膜层的耐蚀性。实验结果表明:最佳转化液配方为2 g·L^(-1)植酸钠、1.5 g·L^(-1)偏钒酸钠、1.5 g·L^(-1)六氟钛酸及25 g·L^(-1)钼酸铵,最佳成膜条件为15 min和35℃。膜层主要成分为Al_(2)O_(3)、MoO_(2)、MoO_(3)、V_(2)O_(5)和TiO_(2)。钼/钛/钒复合转化膜使7075铝合金的腐蚀电位正移了206.401 mV,腐蚀电流密度降低了9.912μA·cm^(-2),有效提高了基体的耐蚀性。

EW75镁合金镧掺杂硫酸盐稀土转化膜的防护性能研究

通过析氢测试、扫描电子显微镜、全浸实验和电化学测试等手段探究优化稀土转化液配方对稀土转化膜性能的提升。配方中加入硫酸根离子可以有效地改善稀土转化膜无法均匀成膜且与基体结合力不好的现象,改善了膜层成膜均匀性和结合力。在析氢实验中,改进的膜层耐蚀性能有了显著提升,浸泡14天腐蚀速率依旧恒定,说明膜层具有长期稳定的保护作用。全浸实验中经过阶段性腐蚀,膜层仍然完整均匀,无脱落现象出现。动电位极化测试中,改进膜层自腐蚀电位正移,腐蚀电流约为2.152×10^(−5)A/cm^(2),阻抗测试中改进膜层也呈现更好的耐腐蚀性能。

30CrMnSiA钢表面镉镀层化学转化膜的电化学特性

目的通过研究镉镀层绿色化学转化膜的电化学性能,获得镉镀层最佳绿色化学钝化工艺。方法采用无氰镀镉工艺,在30CrMnSiA钢表面电镀镉。采用植酸和钼酸钠在镉镀层表面进行绿色钝化处理,构建复合化学转化膜。通过研究钼酸钠浓度、处理时间和植酸浓度对绿色钝化处理镀镉层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中电化学性能的影响,获得最佳的镀镉层绿色钝化工艺。结果在处理时间为10 min、植酸的质量分数为1.0%的条件下,当钼酸钠的质量分数增至3%时,开路电压先从−0.7419 V增至−0.7397 V后,再降至−0.7611 V,电荷转移电阻R_(ct)从2.34 kΩ·cm^(2)增至8.79 kΩ·cm^(2),腐蚀抑制率从72.9%增至92.8%,自腐蚀电流密度J_(corr)从81.47μA/cm^(2)降至最低值(6.8872μA/cm^(2))。当钼酸钠和植酸的质量分数分别为2.0%和1.0%时,随着处理时间的延长,开路电压从−0.7559 V增至−0.7295 V,R_(ct)先增至6.68 kΩ·cm^(2),然后降至5.28 kΩ·cm^(2),自腐蚀电流密度从16.26μA/cm^(2)降至4.527μA/cm^(2)。当钼酸钠的质量分数为2.0%、处理时间为10 min时,随着植酸浓度的增加,试样的开路电压从−0.7393 V降至−0.7561 V,R_(ct)先增至6.68 kΩ·cm^(2),然后降低,自腐蚀电流密度J_(corr)呈现先降至最小值后再增大的趋势。结论与镉镀层相比,经化学转化膜处理后试样表现为高的开路电压、大的电荷转移电阻和低的自腐蚀电流。得到了耐蚀性好且成本较低的镉镀层表面绿色钝化工艺,钼酸钠和植酸的质量分数分别为2.0%和1.0%,处理时间为10 min。

AZ91D镁合金磷酸盐转化膜封闭工艺优化

针对AZ91D镁合金表面磷酸盐转化膜致密性不足而耐蚀性差的问题,对其进行封闭处理。采用改性环氧丙烯酸树脂对由纳米硅溶胶20 g/L、N,N-二甲基乙醇胺10 g/L和异己醇5 g/L组成的封闭剂进行改性。通过单因素实验研究了不同因素对转化膜耐蚀性的影响,得到较佳的封闭工艺为:改性环氧丙烯酸树脂5.0 g/L,封闭剂50.0 g/L,pH 9~10,封闭时间120 s。经封闭处理后转化膜的致密性有所改善,耐蚀性得到显著提升。

制备时的pH对AZ31镁合金表面铁离子掺杂磷酸氢钙转化膜性能的影响

为改善镁合金的耐蚀性,提高医用镁合金的使用寿命,采用液相沉积法,以硝酸钙、硝酸铁及磷酸二氢钠组成的转化液在AZ31镁合金表面制备了一层转化膜,研究了pH对成膜效果和膜层性能的影响。使用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪探究了膜层的成分和形貌,采用电化学方法考察了试样在Hank’s溶液中的腐蚀行为。结果表明,转化液的pH为6时制备出的铁掺杂磷酸氢钙膜层能有效保护基体。最后探讨了成膜的过程。

钢铁表面硅烷锆盐植酸复合转化膜耐腐蚀机理研究

为提高40Cr钢体表面耐腐蚀性能,采用双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物(BTESPT)、硝酸锆和植酸在40Cr钢表面制备了具有优异耐蚀性能的硅烷锆盐复合转化膜,采用正交实验法优选了硅烷锆盐复合转化液成膜的工艺条件。采用硫酸铜滴定实验、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及电化学测试对复合膜的耐蚀性、形貌、成分、膜层的电位特性进行分析。结果表明:硅烷锆盐复合膜最优工艺为硅烷浓度5%(体积分数),硝酸锆浓度为0.75%(质量分数),溶液pH值为4,反应温度25℃,反应时间50 s;通过硫酸铜点滴试验和电化学测试可以看出掺杂植酸的复合转化膜的耐蚀性比单一硅烷膜和硅烷锆盐膜得到了明显的提升;通过微观形貌观察可以看出,植酸的添加弥补了膜层缺陷,阻碍了腐蚀介质的扩散,增强了膜层的耐腐蚀性。

方波电位幅值和极性对锌铝合金热浸镀层表面三价铬化学转化膜性能的影响

揭示热浸镀锌铝合金镀层表面Cr(Ⅲ)化学转化膜(TCC)的构建过程,对比研究阴极和阳极方波电位(φp)改善转化膜性能的作用效果。通过EIS和极化曲线测试获得TCC在含氯离子介质中的耐蚀性。结合表面宏/微观3D形貌观察和XPS、AES、FTIR以及拉曼光谱等化学组分分布分析,系统讨论耐蚀性提升与表面组织结构之间的联系。结果表明,阴极方波电位φp相较阳极电位在提高TCC耐蚀性和降低TCC表面Cr(Ⅵ)含量方面的作用更为显著。另外,由于微纳结构的重构,TCC的疏水性以及与环氧底漆之间的结合力得到提升。

植酸和唑类衍生物复合转化膜的制备及其机理研究

为改善植酸单独使用时难以在铜表面形成完整且致密转化膜的问题,采用浸渍法在铜表面制备含植酸(PA)和不同唑类衍生物的转化膜,利用接触角测试仪、电化学工作站、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)表征了转化膜的疏水性、耐腐蚀性、表面形貌及成分,使用X射线电子能谱仪(XPS)对耐蚀性能最佳的PA+BTA转化膜的成膜机理进行分析。结果表明:加入不同唑类衍生物所形成的转化膜的耐腐蚀性提高,其中加入苯并三氮唑(BTA)和植酸的转化膜的接触角达到最大值(135.51°),腐蚀电流密度达到最小值(2.050×10^(-7)A/cm^(2)),阻抗值超过90 kΩ;观察PA+BTA转化膜的SEM形貌发现,该转化膜在铜基底表面分布均匀且致密;对PA+BTA转化膜进行XPS谱分析,发现PA和BTA均参与了转化膜的形成,在铜基底表面生成了PA-Cu和BTA-Cu配合物,能有效保护铜基底。

金属锆醇盐对钛合金表面溶胶−凝胶转化膜结构及漆层结合力的影响

采用有机硅烷和金属锆醇盐为主成分、无水乙醇为溶剂,在TC4钛合金表面制备了溶胶−凝胶转化膜。采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、辉光放电质谱(GDMS)、X射线光电子能谱(XPS)等技术分析了金属锆醇盐含量对转化膜表面微观形貌和成分,以及纵深方向元素分布和氧元素价态的影响。通过电化学阻抗谱(EIS)分析了转化膜的电化学特性和结构特点。最后通过长时间湿热试验研究了金属锆醇盐含量对后续有机漆层结合力的影响。结果表明,制备的溶胶−凝胶转化膜分成有机层和无机层两部分,其中无机层主要是由Ti─O─Zr/Si共价键结构组成,有机层主要由硅烷的有机碳链交联形成。当金属锆醇盐含量为2000 mg/kg时,转化膜具有最佳的结构完整性,能够保证钛合金表面有机底漆优异的结合力和耐久性。

基于人工神经网络的三价铬基转化膜腐蚀失效演变规律

利用Kohenen的人工神经网络(artificial neural networks, ANN)技术进行膜层分析,研究了模拟海洋大气环境中镀锌钢表面三价铬基转化(trivalent chromium conversion, TCC)膜的腐蚀失效演变规律.以电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy, EIS)低频膜阻值(|Z|_(0.1 Hz))及低频相位角(θ_(0.85 Hz))两种特征参数作为评价指标,对涂层性能变化过程进行研究,TCC膜的腐蚀过程大致经历5个阶段,并且|Z|_(0.1 Hz)的数据更具有代表性及合理性.将伯德图中全频阻抗变化率k(f)作为ANN的样本输入,5个膜层失效过程对应腐蚀初期、腐蚀前中期、腐蚀中期、腐蚀后中期及腐蚀后期.利用实验检测手段(SEM和EDS),验证了自组织ANN对TCC膜的各腐蚀阶段分类结果,分别是腐蚀阻隔阶段、膜层微蚀阶段、腐蚀产物沉积阶段、腐蚀拓展阶段、膜层失效阶段.利用ANN分析膜层全频阻抗变化率可实现对涂层性能状态的快速有效判断.

Al合金表面Ce转化膜成膜机理研究

Ce转化膜作为一种Cr转化膜的理想替代品而日益受到人们的重视,但其成膜机理还不很清楚.本文应用自行研制的扫描微参比电极技术(SMRE),原位测量经CeCl3溶液处理的2024-T3Al合金表面微区电位分布,并结合X光电子能谱(XPS)和交流阻抗谱(EIS),对Ce转化膜的成膜机理进行探讨.结果表明,在CeCl3溶液中,Ce转化膜的形成过程是Ce3+和Cl-相互竞争的动态过程.当由Cl-的不均匀吸附引起的局部腐蚀使pH升高时,Ce(OH)3就会首先在局部位置发生沉积.阴极反应过程产生的H2O2可将Ce(OH)3部分氧化成CeO2.

双相镁锂合金表面磷酸盐化学转化膜的制备及性能研究

以磷酸氢二铵、硝酸钙、十二烷基硫酸钠、磷酸组成磷酸盐转化液,采用正交实验法在不同浓度组成的转化液中分别制备镁锂合金磷酸盐化学转化膜,对比研究组分浓度对镁锂合金表面磷酸盐化学转化膜耐蚀性的影响。实验结果表明:合金在转化液组成配比为15 g·L^(-1) (NH_(4))_(2)HPO_(4)、35 g·L^(-1)Ca(NO_(3))_(2)·4H_(2)O、0.6 g·L^(-1) C_(12)H_(25)NaSO_(4)时形成的磷酸盐化学转化膜耐腐蚀性能最佳。