8079铝合金铈锰转化膜工艺及其前处理研究

摘要

铝合金是一种十分常见的金属材料，在能源、汽车、建筑上拥有种种优势。由于铝合金的表面能够形成一层疏松多孔的自然氧化层，因此在没有保护的情况下可以在大气中长期使用。但这层自然氧化层的防腐蚀能力并不强，在特殊条件下并不能对铝合金进行有效保护。而含铬转化膜工艺因其毒性，已不适合广泛使用。为了使转化膜符合“绿色”理念，铝合金的无铬转化膜工艺研究显得尤为重要。本文对8079铝合金铈-锰转化膜工艺以及对应的前处理方法进行了研究。通过正交试验、重铬酸钾点滴实验、电化学测试、金相显微镜、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、接触角测试、盐雾试验以及附着力测试深入研究了成膜的机理，并对膜层的各种性能进行了测试。研究中主要得到的结论如下:
　　1、采用金相显微镜、电化学方法、SEM以及盐雾试验对6种具有代表性的前处理方法进行了筛选，并对机理进行了分析。研究发现，在碱蚀液中加入NaF能有效暴露8079铝合金基体上的阴极点，有利于铈-锰成膜质量的提高。最终筛选出一种适合8079铝合金铈-锰转化膜的前处理工艺。具体工艺为:碱蚀(50g/L NaOH+6g/L NaF)，处理温度50℃，处理7min→酸出光（200g/L HNO3），处理温度35℃，处理90s;
　　2、采用正交试验手段对铈-锰转化液组分进行优化，并对组分、pH值、处理温度、处理时间进行单因素试验，并对产生的影响进行分析。最终确定了适合8079铝合金的铈-锰转化膜配方;
　　3、对铈-锰转化成膜的机理进行分析，结果表明前处理后的试片表面存在许多表面状态不同的微小区域，这些不同的微小区域促使发生微小原电池反应，使得生成的金属氧化物/氢氧化物沉积在铝合金表面。氟化钠在成膜过程中起到促进作用。随着反应的进行，膜层逐渐覆盖铝合金表面。当膜层完全覆盖铝合金表面时，成膜反应停止。对膜层各项性能进行测试，结果显示铈-锰转化膜具有一定的耐蚀能力，其腐蚀电流密度由空白试片的1.29E-3mA/cm2降低到7.78E-5mA/cm2。接触角大幅提高到138°，疏水性增强。对铈-锰转化膜进行底漆涂覆并进行附着力测试，结果表明经转化成膜后底漆附着力明显提高。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 铝及铝合金

1．2．1 铝的腐蚀

1．3 含铬转化膜工艺

1．3．1 含铬转化膜工艺成膜机理

1．4 无铬转化膜技术

1．4．1 钛-锆系转化膜

1．4．2 钼酸盐转化膜

1．4．3 高锰酸钾转化膜

1．4．4 稀土金属盐转化膜

1．5 前处理工艺

1．5．1 机械打磨

1．5．2 碱蚀处理

1．5．3 酸处理

1．6 论文的研究意义及主要内容

1．6．1 研究意义

1．6．2 本课题研究的主要内容

第二章 实验材料和研究方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验仪器

2．1．3 试样制备

2．2 实验方法

2．2．1 正交实验法

2．2．2 重铬酸钾点滴实验

2．2．3 电化学测试

2．2．4 微观形貌分析

2．2．5 附着力测试

2．2．6 盐雾实验

第三章 前处理工艺对转化膜的影响

3．1 不同前处理后铝合金基体的金相显微形貌

3．2 经铈-锰工艺成膜后的表观形貌分析

3．3 极化曲线测试

3．4 盐雾实验测试

3．5 SEM微观形貌分析

3．6 前处理对成膜质量影响的分析

3．7 本章小结

第四章 转化膜工艺的筛选优化及各种因素的影响

4．1 成膜液组分筛选

4．2 正交优化实验结果

4．2．1 点滴实验结果

4．2．2 极化曲线测试

4．3 单因素实验及分析

4．3．1 硝酸铈含量对转化膜质量的影响

4．3．2 高锰酸钾含量对转化膜质量的影响

4．3．3 氟化钠和硼酸含量对转化膜质量的影响

4．3．4 成膜温度对转化膜质量的影响

4．3．5 成膜液pH值对转化膜质量的影响

4．3．6 成膜时间对转化膜质量的影响

4．4 本章小结

第五章 膜层成膜机理分析及性能测试

5．1 转化膜层性能、形貌及成分分析

5．1．1 电化学测试

5．1．2 铈-锰转化膜SEM形貌

5．1．3 铈-锰转化膜层的XRD分析

5．1．4 铈-锰转化膜层的XPS分析

5．2 成膜机理分析

5．3 铈-锰转化膜的性能测试并与铬酸盐工艺的对比

5．3．1 铈-锰转化膜与铬酸盐的极化曲线测试

5．3．2 盐雾实验

5．3．3 接触角测试

5．3．4 附着力测试

5．3．5 铈-锰转化膜在酸性介质中的电化学测试

5．4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及已发表的学术论文

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