稀土对铝合金硫酸—草酸阳极氧化的影响

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本文研究了铝合金硫酸—草酸阳极氧化的基本机理,确定了硫酸—草酸阳极氧化的最佳工艺配方,分析研究了稀土对阳极氧化膜耐腐蚀性、表面形貌、电化学性能的影响。由正交试验和各影响因素分析得到最佳工艺配方为:硫酸浓度为180g/L,草酸浓度为5g/L,丙三醇浓度为15g/L,氧化温度为20℃,氧化电压为16V,氧化时间为50min。利用扫描电镜(SEM)观察阳极氧化膜表面的形貌,能谱仪(EDS)测定氧化膜的化学组成以及X射线衍射仪(XRD)测定氧化膜的结构,得到的氧化膜主要是由Al、O两种元素组成的非晶态的Al2O3。通过五种溶液(酸、碱、中性盐、酸性盐和碱性盐)的全浸腐蚀试验、XPS分析腐蚀产物、中性盐雾试验以及电化学腐蚀试验,发现稀土Ce和La的最佳添加量都为0.2g/L。在全浸腐蚀试验中,氧化膜耐腐蚀性顺序依次为:中性盐>碱性盐>碱>酸>酸性盐,五种溶液中腐蚀产物基本组成都是Al2O3和Al(OH)3。在酸性盐溶液中,同时存在H+化学溶解作用和Cl-的点蚀作用,两种腐蚀形式加快了氧化膜表面的腐蚀速率,通过X射线光电子能谱仪(XPS)分析,得到腐蚀后的氧化膜中存在Cl-的化合物。而在碱性盐溶液中并未发现氧化膜中存在Cl-的化合物,说明Cl-未参与腐蚀过程。另外,氧化膜通过沸水封闭后,多孔层孔壁的氧化铝与水发生反应生成Al2O3·H2O,从而填充了孔洞,使得表面耐腐蚀性明显提升,腐蚀速率明显降低。在电化学腐蚀试验中,利用交流阻抗曲线以及Tafel曲线,可以看出稀土Ce和La使得氧化膜的容抗半径变大、自腐蚀电流变小和自腐蚀电位升高,从而提升氧化膜的耐腐蚀性,并且氧化膜在NaCl溶液中耐电化学腐蚀性最好,HCl溶液次之,NaOH溶液中最差。稀土Ce和La并不是通过沉积在氧化膜层中而改变氧化膜层的性能,而是通过催化作用改变氧化膜的组织结构和表面形貌,使得氧化膜层中的阻挡层增厚,多孔层孔隙率降低,从而提高氧化膜的性能。
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