为了提高铝合金的耐蚀性能,铬酸盐钝化是目前被广泛采用的表面处理工艺。但铬酸盐钝化液中六价铬是有毒、致癌性物质,对人体及环境危害严重。钛锆转化膜作为最有潜力替代铬酸盐转化膜的钝化工艺,国内外都对其工艺探索进行了大量的研究。本文以6063铝合金为研究对象,采用含钛、锆离子的钝化液为基础溶液,筛选加速成膜的促进剂,选取络合剂,在铝合金表面快速制备高耐蚀性的有色钛锆转化膜,并对成膜促进剂和络合剂在成膜中的作用,转化膜的化学组成、生长过程、耐蚀性能和自愈性能进行了分析研究。同时加入氧化剂和络合剂时,在常温下快速制备得到了有色有色钛锆复合膜。成膜时间由原来的20 min缩短为60 s,大大提高了转化膜的成膜速度。通过正交试验与单因素试验确定了有色钛锆转化膜的工艺参数如下:H2TiF6浓度为2.0 g/L,H2ZrF6浓度为0.8 g/L,氧化剂浓度为2.5 g/L,络合剂浓度为2.0 g/L,成膜时间t为60 s,成膜温度T为25~30℃。钛锆转化膜的主要成分为TiO2、ZrO2和Al2O3等氧化物及Al F3、ZrF4等氟化物。有色钛锆转化膜的主要成分除了以上这些氧化物和氟化物以外,还存在M的氧化物和金属有机络合物。在钛锆溶液中加入氧化剂和络合剂,可加速转化膜的沉积,氧化剂不仅作为膜层主要成分参与成膜,而且也加速了整个氧化还原反应及,从而达到快速成膜的目的。随着处理时间的延长,有色钛锆转化膜层不断增厚,当处理时间超过60 s后,膜层开始出现裂纹,且裂纹宽度随着成膜时间的增加而变宽,膜层后期出现脱落、腐蚀和溶解。处理30~60 s所获得的转化膜表面形貌最佳。在铝合金中存在很多富硅的第二相粒子,该处是转化膜成膜的阴极活性点。膜层在该处优先沉积。络合物以金属氧化物为形核点生长并铺满整个基体表面。转化膜的生长可分为垂直和水平两个方向:初始阶段,金属氧化物在富硅的第二相粒子处优先沉积,然后有机络合物和氟化物连续沉积(垂直);随着浸泡时间的延长,金属氧化物在富硅的第二相粒子处优先沉积,并逐渐铺满整个基体表面。同时添加氧化剂和络合剂所获得的复合转化膜,相较于基础体系的Ti-Zr转化膜,耐点滴腐蚀时间延长了3倍多,腐蚀电流密度降低至原来的1/6,极化电阻提高了3倍多,耐蚀性能得到显著提高。氧化剂和络合剂的加入,使得膜层变得更加致密和均匀,膜厚增加,所获得的复合钛锆转化膜的电化学阻抗(约300kΩ·cm2)可达到铝合金试样(2kΩ·cm2)的150倍左右,耐蚀性能得到显著提高。有色钛锆转化膜的耐蚀性能随着处理时间的延长而增加,当处理时间为60s时,极化电阻达到最大,而腐蚀电流密度达到最小,低频阻抗值达到最大(1500kΩ·cm2),远大于铝合金基体(2kΩ·cm2)。表明此时转化膜耐蚀性能达到最好。处理时间超过60 s后,耐蚀性能降低。有色钛锆转化膜的耐蚀性能随着氧化剂浓度的增加而增加,当氧化剂浓度为2.5g/L时,低频阻抗值达到最大(1400kΩ·cm2左右),远大于铝合金基体(2kΩ·cm2)。氧化剂浓度超过2.5g/L后,阻抗值开始逐渐减小,耐蚀性能也变差。有色钛锆转化膜在3.5%NaCl溶液中的腐蚀过程分为三个阶段:腐蚀初期(72 h以内),主要发生有色钛锆转化膜的溶解;腐蚀中期(72 h~168 h),主要发生电解质溶液在膜层中的扩散和溶解破坏过程;腐蚀后期(360 h后),基体铝合金发生腐蚀破坏。划痕腐蚀试验结果表明,划痕处新生成的膜层中主要含M5+的氧化物或水合氧化物。形成的M水合物与划痕附近的不溶性物质形成一层保护屏障。膜层中的可溶性M5+从膜层中间或底部迁移至膜层表面,并最终在划痕处聚合形成M的水合物,从而形成一层新的保护屏障。当中性盐雾腐蚀时间超过30 d后,划痕附近的膜层中氧化剂不断消耗,迁移至划痕处的离子减少,膜层划痕处膜层不断被腐蚀,膜层自愈性能降低。氧化剂浓度高的溶液获得的转化膜中M含量较高,膜层更能充分释放可溶性的M5+扩散到划痕损伤区域。根据观察结果,提出了有色钛锆转化膜自愈性的模型。