Al-Cu合金表面高耐蚀钝化膜的制备及成膜机理研究

作     者：卓姚宇 

作者单位：武汉纺织大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李伟;张金生

授予年度：2021年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：2024铝合金 三价铬 钝化膜 稀土 封闭处理 

摘      要：2024-T3铝合金具有机械强度高、硬度大、耐热性好及易加工的优点,在交通运输、航空航天、机械制造等领域应用广泛,但该合金材料铜含量高,容易腐蚀失效。由2024-T3铝合金材料制备的零部件需进行严格的表面防护处理才能满足相应工业技术标准。六价铬钝化是高铜铝合金有效的表面防护处理技术,裸膜具有很好的耐腐蚀性,而且对有机涂料配套性好。尽管六价铬钝化膜性能优异,但其有很大的毒性,对于人体及自然环境有巨大危害,在很多国家和地区都已限制其使用。三价铬化合物毒性小,废水易处理,对自然环境相对友好,对某些易钝化铝合金材料如:5xxx铝镁合金,用三价铬化合物处理形成的钝化膜性能与六价铬钝化膜相近,膜的防腐蚀性能及对有机涂料的附着力都很好,因而三价铬钝化已成为工业上铝合金表面钝化处理的主流技术。然而对于铜含量高的铝合金材料,如2xxx铝合金,三价铬钝化理论及工艺技术还不十分完善,钝化膜的综合性能还没法与六价铬膜相比。本课题依托现有的铝合金三价铬钝化、各种无铬钝化理论基础及技术经验,在工艺配方、制备流程方面考查2024铝合金表面三价铬钝化膜性能的影响因素,确定钝化液最佳组成并优化工艺流程及条件,同时初步探讨高铜铝合金难于钝化的物化机理。本文采用单因素对比实验,探究了三价铬钝化前处理、钝化液配方组成及工艺条件以后续封闭剂处理对钝化膜耐腐蚀性能的影响。结果表明:(1)钝化前处理环节中,除灰工艺对2024铝合金三价铬钝化膜性能有重要影响,除灰工艺可以彻底清除铝合金表面有机附着物和疏松的自然氧化膜,使得三价铬钝化膜更均匀连续致密,抗腐蚀性能更好;对比不同体系除灰溶液可知,含三价铁的酸性无氟除灰液制备的钝化膜性能优于传统的六价铬除灰液和含氟三价铁酸性除灰液。(2)就三价铬钝化液组成而言,游离氟离子含量对钝化膜性能影响有限,而三价铈稀土添加剂可以显著提高膜的致密性,可以有效降低膜的内应力,减轻膜出现长而宽的大裂纹的趋势,从而能提高膜的耐腐蚀性,稀土因素的添加量范围较窄,过多,钝化溶液不稳定,容易沉淀;过少,膜性能提升不明显。(3)钝化膜后续使用硅溶胶加缓蚀剂进行复合封闭处理后,可以提高钝化膜的致密度,纳米二氧化硅膜层的覆盖可使复合钝化膜具备一定的自我修复能力,从而提高膜的抗腐蚀性及耐热性能。