【摘 要】
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铝的化学性质较活泼,易腐蚀,应用前必须对铝合金器件进行必要的防护处理。化学转化处理是最常用的几种表面处理方法之一,传统的处理方法是采用铬酸盐转化工艺。但因铬酸盐毒性大而受到严厉限制,化学转化工艺向无铬化发展已是必然趋势。但迄今为止,可实用化的无铬工艺仍极为有限,且绝大部分研究集中在酸性区间,还未见有中性处理的相关报道。基于此,本课题在中性条件下,开展6063铝合金无铬转化膜制备及其性能研究,具体研
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铝的化学性质较活泼,易腐蚀,应用前必须对铝合金器件进行必要的防护处理。化学转化处理是最常用的几种表面处理方法之一,传统的处理方法是采用铬酸盐转化工艺。但因铬酸盐毒性大而受到严厉限制,化学转化工艺向无铬化发展已是必然趋势。但迄今为止,可实用化的无铬工艺仍极为有限,且绝大部分研究集中在酸性区间,还未见有中性处理的相关报道。基于此,本课题在中性条件下,开展6063铝合金无铬转化膜制备及其性能研究,具体研究内容及结果如下:通过大量配方体系的尝试,筛选出中性Zr-W转化体系,该体系转化液稳定性较好,膜层均匀连续且具有一定的耐蚀性。基于中性Zr-W基础体系,研究多种添加剂对膜层耐蚀性和外观的改善,发现添加NH4HF2、Na F、KMn O4和十二烷基硫酸钠对转化膜耐蚀性均有不同程度的提高。其中引入NH4HF2可制备出连续均匀、结合力良好、有色且耐蚀性相对较好的Zr-W-F转化膜。优化含NH4HF2的Zr-W工艺,包括配方组成、pH和处理时间等因素,并通过电化学方法、盐雾实验等研究Zr-W-F膜的耐蚀性,得到最佳的中性Zr-W转化工艺。电化学研究结果显示Zr-W-F转化膜可使6063铝合金腐蚀电流密度降低一个数量级。运用SEM、EDS、XRD和XPS对转化膜进行表征。SEM显示Zr-W膜颗粒粗大,缝隙宽,Zr-W-F膜颗粒细小,膜层致密。EDS结果表明两种膜层均含有Al、C、O、Zr、W、Na、F等元素,膜层截面分析得知Zr-W膜、Zr-W-F膜的膜厚分别在6～8μm和4～6μm。XRD显示膜层均含有Na3AlF6晶体。XPS分析表明膜层均主要由Al2O3、Zr F4、WO3、Zr O2、Na3AlF6以及含有C=O和C-O基团的金属络合物构成。成膜机理如下。Zr-W-F膜的形成起始于Na3AlF6的形核,随后Zr、W和Al的相关离子在冰晶石附近沉积并不断往外铺展长大,形成致密的转化膜底层。随着处理时间延长,Na3AlF6晶核继续长大,其它难溶化合物持续沉积加厚,最终形成均匀致密的转化膜。其中添加剂NH4HF2可提高转化膜中W元素的含量,但会降低Zr的沉积。本文最后采用静电喷涂方法在Zr-W-F转化膜表面制备了氟碳涂层,并研究了喷涂层的结合力,抗弯曲能力以及耐沸水性能,结果表明Zr-W-F转化膜的实用化潜力较大。
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