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转化膜致密化及耐蚀性能提升工艺优化进展

材料导报 2020年第13期34卷 13160-13166页

作者：卢勇冯辉霞兰州理工大学石油化工学院兰州730050 中国石油兰州石化公司研究院兰州730060

化学转化膜技术是金属物件表面处理过程中应用广泛的一项技术。转化膜对金属基底有较好的防护作用,但在成膜过程中,因微阴极区域存在剧烈的析氢反应,以及在成膜结束干燥过程中失水导致转化膜收缩,使得所形成的转化膜结构疏松,膜层裂纹... 详细信息

化学转化膜技术是金属物件表面处理过程中应用广泛的一项技术。转化膜对金属基底有较好的防护作用,但在成膜过程中,因微阴极区域存在剧烈的析氢反应,以及在成膜结束干燥过程中失水导致转化膜收缩,使得所形成的转化膜结构疏松,膜层裂纹增多。裂纹破坏了转化膜层的紧密度,为腐蚀性介质提供了有效的通道,严重削弱了膜层的保护作用。本文首先介绍了各类环保、无铬的化学转化膜及其制备技术,并分析了转化膜存在微裂纹的原因。针对转化膜表面有微裂纹和耐蚀性不佳的缺点,技术人员通过多种技术来改进所得膜层的连续性和耐蚀性。目前,对于降低转化膜开裂程度方面的研究主要集中在向转化液中添加不同添加剂、采用后处理手段密封孔道等。本文重点阐述了转化膜膜层致密化及提升其耐蚀性能的工艺优化进展,着重分析了转化膜制备过程中添加不同添加剂和进行后处理的工艺技术。可使转化膜致密的添加剂有金属离子、纳米粒子、成膜促进剂和表面活性剂。而在转化膜制备过程中,向转化液中添加不同的添加剂,其对所形成的转化膜的致密机理不同,致密程度也有一定的差异,但工艺相对简单。当对制备的转化膜进行后处理时,主要用磷酸二氢盐、溶胶-凝胶、不同于基膜的成膜材料和热处理技术等,各种后处理技术也能提升转化膜层对金属基底的保护效率。本文总结归纳了提到的各种工艺的优缺点、致密化原理及所制备的膜层对基底的防腐蚀保护效果。在文献归纳的基础上,还对转化膜技术在金属表面转化处理的发展方向进行了展望。

关键词：转化膜致密性耐蚀性工艺优化

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铝合金表面铈基转化膜研究进展

材料导报 2021年第15期35卷 15169-15174页

作者：牛永胜姚夏妍李银丽汪友元李彦龙西北矿冶研究院冶金新材料研究所白银730900

铝合金具有成本低、强度质量比高、可加工性能良好等优点,被广泛应用于航空、交通、建筑等领域。但铝合金表面易发生小孔腐蚀和晶间腐蚀,需要进行防腐处理才能满足应用要求。稀土元素铈因具有特有的电子层结构和物理化学特性,是制备铝... 详细信息

铝合金具有成本低、强度质量比高、可加工性能良好等优点,被广泛应用于航空、交通、建筑等领域。但铝合金表面易发生小孔腐蚀和晶间腐蚀,需要进行防腐处理才能满足应用要求。稀土元素铈因具有特有的电子层结构和物理化学特性,是制备铝合金稀土转化膜最具优越性的元素,以此为防腐基材开发的稀土转化膜技术被认为是最有可能替代铬酸盐钝化的技术。目前所报道的铈基转化膜工艺有化学浸泡法、溶胶-凝胶法、电化学法、磁控溅射法等。其中,化学浸泡法制备过程简单,但铈离子的转化和沉积速率较难控制一致,膜层微米级裂纹较多;溶胶-凝胶法制备的膜层与基体结合强度高,耐蚀性好,但需要大量铈盐,且产生较多废酸、碱液,成本高,环境污染大;电化学法在低温下实现性能可控的铈基转化膜,成本低,但成膜有大量晶间裂纹,结构疏松,成膜质量差;磁控溅射法制备的涂层均匀,成分可控,但靶材的利用率低,难以实现强磁性材料的低温高速溅射。总体来看,目前所报道的铈基转化膜工艺存在溶液体系稳定性差,所制备的转化膜层不稳定、容易开裂,以及制备成本较高的问题,难以满足工业化应用的要求。铈基转化膜成膜机理被普遍认为是阴极成膜理论,即铝合金表面形成了氧化还原微电池。溶液中的溶解氧以及加入的H_(2)O_(2)可作为羟基的供体,通过改变溶液局部pH值、物质、电子和电荷浓度来影响稀土元素的氧化反应和在基体表面的沉积。铈基转化膜的耐蚀机理是阴极抑制机理,即在铝合金表面形成的铈基转化膜阻止了氧的传输和电子的转移和传递,从而阻止了阴极微区上的还原反应,防止了铝合金表面的腐蚀溶解。但该机制只强调了阴极抑制,而忽略了也可能发生的阳极抑制。同时,由于涉及到电化学动力学抑制,因此铈基转化膜有“自愈能力”。本文综述了国内外铝合金铈基转化膜制备工艺的研究进展,指出了各工艺的优点和缺点,阐述了铈基转化膜主流成膜和耐蚀理论的研究,并对制备工艺的改进方向及未来理论的研究方向进行了展望。

关键词：铝合金铈转化膜耐蚀机理

B30铜镍合金表面植酸转化膜的制备工艺研究

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材料导报 2019年第23期33卷 3876-3881页

作者：常钦鹏陈友媛安振东王磊中国海洋大学环境科学与工程学院青岛266100 中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室青岛266100 中国海洋大学山东省海洋环境地质工程重点实验室青岛266100 青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司青岛266101 青岛市市政工程设计研究院有限责任公司青岛266061

为提高B30铜镍合金表面植酸转化膜的耐蚀性,采用扫描电镜、动电位极化曲线、电化学阻抗谱等方法研究了浸泡时间、植酸浓度和钼酸盐浓度对B30铜镍合金表面植酸转化膜的表面形貌及在3.5%NaCl溶液中缓蚀率的影响。结果表明,植酸转化膜的缓... 详细信息

为提高B30铜镍合金表面植酸转化膜的耐蚀性,采用扫描电镜、动电位极化曲线、电化学阻抗谱等方法研究了浸泡时间、植酸浓度和钼酸盐浓度对B30铜镍合金表面植酸转化膜的表面形貌及在3.5%NaCl溶液中缓蚀率的影响。结果表明,植酸转化膜的缓蚀率随着浸泡时间的延长而逐渐增大,但浸泡时间超过12 h后植酸转化膜表面出现龟裂,破坏了转化膜表面覆盖的完整性,缓蚀率降低。植酸转化膜的缓蚀率随植酸浓度的增大而增大,当植酸浓度超过10 mmol/L时,植酸转化膜微观形貌疏松多孔,缓蚀率随植酸转化膜致密性的下降而降低。向植酸溶液中添加钼酸钠后转化膜的缓蚀率随着钼酸盐浓度的增大而增大,当钼酸钠浓度超过50 mg/L时,转化膜的缓蚀率开始降低。因此,不同浸泡时间和植酸浓度会对B30铜镍合金表面植酸转化膜的完整性和致密性产生影响,从而影响其耐蚀性。通过钼酸盐与植酸复配可以进一步提高植酸转化膜的耐蚀性。

关键词：植酸钼酸盐转化膜 B30 铜镍合金耐蚀性

高性能轻合金表面三价铬转化膜工艺的研究进展

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中国有色金属学报 2021年第4期31卷 899-916页

作者：齐建涛叶宗豪孙文涛胡爽飞中国石油大学(华东)新能源学院过程装备与控制工程系青岛266580

高性能铝、镁合金是典型高比刚度和比强度的轻质结构材料,而铝镁自身化学活性高,其结构件在腐蚀环境中易点蚀失效,严重影响轻质装备的长周期安全服役。因此,简单经济且高效耐蚀的表面转化膜处理技术备受青睐。本文从转化膜基本概念和分... 详细信息

高性能铝、镁合金是典型高比刚度和比强度的轻质结构材料,而铝镁自身化学活性高,其结构件在腐蚀环境中易点蚀失效,严重影响轻质装备的长周期安全服役。因此,简单经济且高效耐蚀的表面转化膜处理技术备受青睐。本文从转化膜基本概念和分类出发,详细介绍了三价铬转化膜成膜机理和影响因素,重点评述了三价铬转化膜耐蚀性能和铬酸盐价态的影响因素,并总结了三价铬转化膜工艺发展的重要成果和存在问题,展望了其未来的发展趋势和研究热点。

关键词：轻合金三价铬表面处理转化膜影响因素

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稀土转化膜在金属防腐方面的研究进展及应用

材料保护 2022年第5期55卷 156-166页

作者：狄玉丽李辽阔焦钰黄海燕何霞罗茜张万明西昌学院理学院四川西昌615000 西昌学院资源与环境学院四川西昌615000 重庆市彭水苗族土家族自治县生态环境局重庆409600

稀土转化膜因具有良好的耐腐蚀性且无毒,近几年受到越来越多的研究者关注。简要介绍了稀土转化膜的概念及成膜机理,并对稀土在黑色金属和有色金属铝、镁、锌及其合金的防腐蚀应用研究情况进行了综述。研究发现单一稀土转化膜的抗腐蚀性... 详细信息

稀土转化膜因具有良好的耐腐蚀性且无毒,近几年受到越来越多的研究者关注。简要介绍了稀土转化膜的概念及成膜机理,并对稀土在黑色金属和有色金属铝、镁、锌及其合金的防腐蚀应用研究情况进行了综述。研究发现单一稀土转化膜的抗腐蚀性能相较复合稀土转化膜差,还说明了铈转化膜较其他稀土转化膜具有更好耐腐蚀性能的原因。最后指出复合稀土转化膜、稀土复合合金镀层及稀土转化膜致密化处理为未来稀土转化膜的发展方向。

关键词：稀土金属防腐耐蚀机理合金转化膜

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金属表面植酸转化膜研究进展

材料导报 2019年第9期33卷 1455-1461页

作者：卢勇冯辉霞张晓芳兰州理工大学石油化工学院兰州730050 中国石油兰州石化公司研究院兰州730060

化学转化膜技术是金属物件表面处理中应用较为广泛的一项技术,可使金属物件得到较好的防护,可用于金属防腐、耐磨、减摩、涂装底层,其应用涉及汽车制造、家电以及五金构件加工等诸多行业。化学转化膜技术作为最常用的金属表面预处理技术... 详细信息

化学转化膜技术是金属物件表面处理中应用较为广泛的一项技术,可使金属物件得到较好的防护,可用于金属防腐、耐磨、减摩、涂装底层,其应用涉及汽车制造、家电以及五金构件加工等诸多行业。化学转化膜技术作为最常用的金属表面预处理技术,因工艺简单、效果显著、沉淀均匀、成本低且膜的厚度易控制等优势而受到越来越多的关注。传统的铬酸盐和磷酸盐转化处理方法会对环境产生持久性危害,因而已逐步被绿色环保的方法取代。目前,金属表面绿色前处理技术的开发和应用已成为该领域十分重要的研究方向。经过十几年的努力,研究人员相继开发了各类环境友好型转化膜。本文针对无铬化学转化膜,从锆盐、钛盐、钒盐、钼酸盐、锡酸盐、铌盐和稀土元素类转化膜等的制备工艺、防腐蚀效果等方面阐述了无铬化学转化膜的研究进展。虽然,无铬转化新技术有一定的实践应用,但作为防腐蚀技术而言,单一使用该技术的效果并不理想,还需要与其他方法相结合并加以改进。本文重点分析了植酸转化膜的沉积机理、影响因素及改进技术发展。植酸是从植物中提取的无毒天然有机大分子,分子中含有能够与金属离子发生螯合作用的六个磷酸基,每个磷酸基中又有两个羟基和四个氧原子,可在较宽的pH值范围内与大多数二价及以上的金属离子螯合形成稳定的配合物。植酸作为金属表面化学转化膜成膜材料在金属腐蚀与防护领域的应用越来越广泛。大量研究结果表明,金属在植酸处理液中通过电化学反应,使金属表面的金属离子与植酸分子发生螯合作用,沉积形成植酸化学转化膜。植酸化学转化膜的研究涉及多种金属如镁合金、钢、铁等。本文通过分析植酸转化膜的制备过程,总结了影响转化膜表面形貌和耐蚀性的三个主要因素,即植酸的浓度、处理液的pH值和处理时间;同时还归纳了单一植酸转化膜存在的不足,如膜层表面存在微小裂纹、膜层较薄、耐蚀时间较短、耐腐蚀效果不佳等。研究表明,提高植酸转化膜保护效率的途径有碱预处理、热后处理及与金属离子协同等改进技术,以及同其他转化膜复合、同其他物质复合等复合方法。此外,还展望了植酸在金属表面转化处理的发展前景。

关键词：金属植酸转化膜防腐

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铬酸盐转化膜性能的研究进展

材料导报 2020年第21期34卷 21026-21032,21044页

作者：陈梦瑶李焰齐建涛中国石油大学(华东)材料科学与工程学院青岛266580 中国石油大学(华东)新能源学院青岛266580

化学转化膜工艺是轻合金复杂结构件最经济、最有效的表面处理方法。六价铬转化膜是工业界应用最多也是最成功的转化膜,然而,转化膜中的Cr6+对操作人员的健康危害很大;三价铬转化膜因其毒性低且具有铬酸盐转化膜的高效耐蚀等特点,成为最... 详细信息

化学转化膜工艺是轻合金复杂结构件最经济、最有效的表面处理方法。六价铬转化膜是工业界应用最多也是最成功的转化膜,然而,转化膜中的Cr6+对操作人员的健康危害很大;三价铬转化膜因其毒性低且具有铬酸盐转化膜的高效耐蚀等特点,成为最具前景的替代工艺。近年来的研究发现,在三价铬转化膜中存在六价铬组分(转化膜的化学性能主要取决于其铬酸盐价态及变化。鉴于此,探讨膜层中六价铬组分形成机理、浓度控制和产生条件成为当下亟待解决的问题。本文简要介绍了化学转化膜的种类、成分、结构和成膜条件,讨论了铬酸盐转化膜的自修复性能、形成过程和结构以及应用现状,重点讨论了三价铬转化膜中六价铬组分的表征、膜层中六价铬组分形成机理及Cr6+组分浓度和产生条件的控制,并总结和展望了铬酸盐转化膜未来的研究思路。

关键词：转化膜六价铬三价铬化学性能

添加剂对建筑6063铝型材表面转化膜耐蚀性能的影响

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电镀与精饰 2022年第10期44卷 17-23页

作者：朱金海蒋发正王柯淇广西现代职业技术学院建筑工程系广西河池547000 广西大学材料学院广西南宁530004 广东工业大学材料与能源学院广东广州510006

为了提升建筑铝型材的耐蚀性能,采用转化膜处理法在6063铝型材表面制备了Ce-Mn转化膜,对比分析了无添加剂和加入硼酸、硫酸锆、氟化钠、氟化氢、氟硼酸钠和氟锆酸钠作为添加剂时转化膜的成膜速度和耐蚀性能,并探讨了添加剂的作用机理。... 详细信息

为了提升建筑铝型材的耐蚀性能,采用转化膜处理法在6063铝型材表面制备了Ce-Mn转化膜,对比分析了无添加剂和加入硼酸、硫酸锆、氟化钠、氟化氢、氟硼酸钠和氟锆酸钠作为添加剂时转化膜的成膜速度和耐蚀性能,并探讨了添加剂的作用机理。结果表明:当添加剂为氟化钠和氟硼酸钠时,形成黄色转化膜的时间为8 min,优于无添加剂时黄色转化膜形成时间(16 min)。Ce-Mn转化液中加入添加剂后得到的转化膜对耐点滴时间和耐浸泡时间的影响趋势相同,即氟化钠、氟化氢和氟硼酸钠的添加可以起到减缓剂的作用。点滴试验、浸泡试验、极化曲线和电化学阻抗谱测试结果相吻合,即添加剂为氟化钠、氟硼酸钠和氟化氢时可以提升转化膜的耐腐蚀性,这主要与6063铝合金表面形成了Mn和Ce的氧化物和氢氧化物,阻碍了腐蚀介质与铝合金基体发生反应有关。6063铝合金Ce-Mn转化液中适宜的添加剂为氟化钠。

关键词：添加剂 6063铝合金转化膜膜厚耐蚀性能

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添加剂对铝合金稀土转化膜的影响

表面技术 2019年第5期48卷 225-231页

作者：崔永辉邵忠财李学田魏守强沈阳理工大学环境与化学工程学院沈阳110159

目的寻找有效提高稀土转化膜性能的添加剂体系。方法采用电化学手段研究添加剂(硼酸、柠檬酸钠、磷酸钠、硅酸钠、氟化氢铵、氟化钠、草酸铵)对稀土转化膜的影响,对于具有积极作用的添加剂,使用响应面法进行复配,并优化配方。通过扫描... 详细信息

目的寻找有效提高稀土转化膜性能的添加剂体系。方法采用电化学手段研究添加剂(硼酸、柠檬酸钠、磷酸钠、硅酸钠、氟化氢铵、氟化钠、草酸铵)对稀土转化膜的影响,对于具有积极作用的添加剂,使用响应面法进行复配,并优化配方。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和电化学测试对优化条件下制备的稀土转化膜性能进行表征。结果向基础转化液中加入氟化钠(NaF)、柠檬酸钠(Na_3C_6H_5O_7)和磷酸钠(Na_3PO_4)可以提高稀土转化膜的电化学性能。经过复配并优化配方,得到最优添加剂体系为0.68g/L氟化钠+0.80g/L磷酸钠。该配方可以抑制铝合金在转化液中的溶解,有利于铈元素的沉积,使铈的沉积量由5.01%提高到了9.60%。优化配方下制备出的膜层更加均匀致密,腐蚀电位提高了0.13 V,点滴时间可达122 s。XRD和EDS结果表明,膜层的主要成分为非晶态的铈锰氧化物。结论 0.68 g/L氟化钠+0.80g/L磷酸钠为最优添加剂配方。在优化体系中制得的稀土膜层的电化学性能得到了提升,表面更加均匀致密。

关键词：铝合金稀土无铬钝化耐蚀性转化膜电化学