【摘 要】
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表面防护处理是提高铝合金耐蚀性能的重要手段,而稀土转化工艺是最有希望代替铬酸盐转化的工艺之一。本文针对酸性稀土转化液稳定性较差的问题,开发了一种溶液稳定性较好的铝合金碱性铈基转化工艺,对转化膜的耐蚀性能、表面形貌及组织成分进行了表征,并对转化膜在碱性条件下的成膜机理进行探讨。经过碱性铈盐转化处理得到的Ce膜为无色,自腐蚀电流密度降为铝合金基体的2/5。以碱性铈盐转化工艺为基础,确定了由Ce(NO3
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表面防护处理是提高铝合金耐蚀性能的重要手段,而稀土转化工艺是最有希望代替铬酸盐转化的工艺之一。本文针对酸性稀土转化液稳定性较差的问题,开发了一种溶液稳定性较好的铝合金碱性铈基转化工艺,对转化膜的耐蚀性能、表面形貌及组织成分进行了表征,并对转化膜在碱性条件下的成膜机理进行探讨。经过碱性铈盐转化处理得到的Ce膜为无色,自腐蚀电流密度降为铝合金基体的2/5。以碱性铈盐转化工艺为基础,确定了由Ce(NO3)3和Na2MoO4构成的碱性Ce-Mo转化基础体系。通过正交实验及单因素实验确定了碱性Ce-Mo基础体系转化的较佳工艺参数为:Ce(NO3)3 4 g/L,Na2MoO4 12 g/L,EDTA-2Na 8 g/L,成膜温度为70℃,p H值为8.5,成膜时间为20 min。通过对比实验和单因素实验确定了BTA是最佳的添加剂,并得到了优化碱性Ce-Mo转化体系的最佳工艺参数为:Ce(NO3)3 4 g/L,Na2MoO4 12 g/L,EDTA-2Na 8 g/L,BTA 1 g/L,成膜温度为40℃,p H值为8.7,成膜时间为15 min。极化曲线分析表明,相较于铝合金基体的自腐蚀电流密度10.98μA·cm-2,Ce膜、Ce-Mo膜和Ce-Mo-BTA膜的自腐蚀电流密度分别下降至4.38μA·cm-2、0.61μA·cm-2和0.15μA·cm-2;电化学阻抗分析表明,成膜后试样的阻抗弧直径均大于基体铝合金,其中Ce-Mo-BTA膜的阻抗模值和相位角最大,能为铝合金提供最有效的保护。运用SEM、EDS、XRD、XPS和FT-IR对转化膜的成分和组织结构进行表征,结果表明,Ce膜疏松多孔,膜层厚度约为0.8μm,主要由Al2O3、铈的氧化物(Ce2O3、CeO2)和铈的氢氧化物组成;Ce-Mo膜和Ce-Mo-BTA膜表面分布有微裂纹,但后者更为均匀致密,Ce-Mo膜的膜厚大约为1.2μm,而Ce-Mo-BTA膜的膜厚约为1μm,均主要由非晶态物质组成,Ce-Mo膜除了Ce膜含有的成分外,还含有钼的氧化物(MoO2、MoO3),Ce-Mo-BTA膜还包含金属-BTA络合物。通过对膜层的成分分析及不同成膜时间对转化膜的影响分析,得到碱性铈基转化膜的成膜机理:Al在碱性条件下发生溶解反应,导致MoO42-、AlO2-失稳生成相应的氧化物/氢氧化物;基体附近液层的OH-浓度迅速下降导致Ce络合物的离解平衡被打破,释放出Ce3+,使得Ce3+、被MoO42-氧化的Ce4+生成铈的氢氧化物;BTA的加入,电离的BTA负离子与金属离子反应形成金属-BTA络合物吸附在合金表面。
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