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本文研究常温下在铝合金表面制备一层环保、无铬的稀土转化膜处理技术。选用常见的6063铝合金为试验材料,进行稀土转化膜成膜处理。研究各种添加剂的作用,探讨了添加剂能明显提高稀土转化膜成膜效率的机理。
从15组主盐和氧化剂的组合试验中发现,以Ce(NO3)3为主盐、KMnO4为氧化剂时成膜效果最好。在这个组合的基础上,进一步加入添加剂,研究结果发现氟化物对成膜效率有明显的促进作用,常温下就能成膜,且成膜时间由未加入促进剂前的30分钟降低到7分钟。
进行四因素四水平L16的正交试验优化成膜工艺。研究发现稀土转化膜的最优工艺为:Ce(NO3)38g/l、KMnO41.6g/l、NaF1.0g/l、时间为7min。
运用耐点滴腐蚀试验、SEM、EDS、X射线光电子能谱,XRD,电子探针等分析测试手段对稀土转化膜的性能,表面形貌和成分结构等进行表征。研究发现,膜的形貌为一层金黄色连续的膜,其中有少量白色点状的物质存在。对膜层进行能谱分析发现膜的成份为Ce、Mn等元素。对膜层的白色点状物质进行能谱分析发现,白点部分Ce、Mn元素含量相当的高,其中Ce元素含量达到14.40%,Mn元素的含量为30.07%。对稀土转化膜的电子探针EPMA线扫描分析发现,当线扫描经过膜层时,Ce、Mn元素有明显的跳跃。对膜层进行电子探针面扫描,分析了Ce、Mn、Al、O、F等元素在膜层中的面分布情况。
稀土转化膜的成膜机理方面,添加剂氟化物能明显提高成膜效率的主要原因为氟化物加快了微阳极铝的溶解,从而使整个成膜过程反应加速。膜层中还发现了F元素的存在,表明有少量的F进入到膜层中
对成膜后的试样和裸铝的试样分别做极化曲线对比分析发现,裸铝的耐腐蚀电流为1.927/(uA·cm-2),而经过稀土转化成膜膜处理的样品的耐腐蚀电流降低为0.09164/(uA·cm-2),下降达26倍之多。腐蚀电流的大幅下降表明铝合金表面生成稀土转化膜后试样的耐腐蚀性能明显提高。
铝合金表面稀土转化膜阻止了O2和电子在铝合金表面和溶液之间的转移,阴极的还原反应被控制,从而使铝合金的耐腐蚀性能提高。