铝合金硬质阳极氧化膜绿色封闭工艺研究

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硬质阳极氧化是一种常用的铝及其合金表面处理技术。经阳极氧化处理后的氧化膜表面有许多微孔,容易吸附腐蚀介质,从而使铝及其合金的结构和性能发生损害。因此,多孔氧化膜的封闭处理是十分有必要的。传统的封闭方法如重铬酸盐封闭、镍盐封闭等,会对环境和人体产生危害,它们的应用在许多方面都受到了限制。寻求一种绿色无污染且效果好的封闭方法已经越来越迫在眉睫。(1)采用有机羧酸1与有机羧酸2的复合体系作为电解液,在3003铝合金上制备了膜厚为30μm左右的阳极氧化膜。通过强碱浸泡实验、膜厚损失和Tafel曲线分析等方法,研究了锆盐封闭工艺参数对氧化膜耐碱性的影响,确定了锆盐封闭的最佳工艺条件:K2ZrF6浓度1.5 g/L,NaF浓度0.3 g/L,温度25℃,封闭时间8 min。结果表明,锆盐封闭的氧化膜强碱浸泡后冒泡时间为8 min,腐蚀电流密度为1.493μA/cm2。而未封闭的氧化膜强碱浸泡后冒泡时间为2 min,腐蚀电流密度为3.116μA/cm2。由此可知,与未封闭氧化膜层相比,锆盐封闭膜层的强碱浸泡后冒泡时间增加,腐蚀电流密度大幅度下降。锆盐封闭与传统的封闭工艺耐碱性顺序为:镍盐封闭>锆盐封闭>沸水封闭>未封闭。通过SEM和EDS对锆盐的微观形貌和膜层表面元素进行了分析,结果表明多孔氧化膜经过锆盐封闭后,在其表面形成了一层致密的封闭膜层,对氧化膜表面的多孔结构起到了很好的封闭效果,锆盐封闭膜层是由C,O,F,Al,Zr和S元素组成。(2)采用有机羧酸1与有机羧酸2复合体系作为铝合金阳极氧化的电解液,研究有机硅烷封闭工艺参数对氧化膜层耐碱性能的影响,得到了有机硅烷封闭的最佳封闭工艺条件为:首先,对氧化膜进行羟基化处理,在70℃的水浴条件下,羟基化处理15 min,然后将羟基化处理的试样,浸没在有机硅烷封闭液中,在水浴30℃封闭处理10 min,最后将封闭好的膜层,进行固化处理,在马弗炉中200℃处理30 min。有机硅烷封闭液的制备工艺为V=200 mL,V乙醇:V=2:1,有机硅烷的体积为50 mL,水解24 h。通过对有机硅烷封闭膜层的耐碱性能分析,结果发现氧化膜经过有机硅烷封闭处理后,强碱浸泡后冒泡时间为11 min,腐蚀电流密度为0.381μA·cm-2,膜层的耐碱性能比未封闭的氧化膜提高了许多。有机硅烷封闭与传统的封闭工艺耐碱性顺序为:有机硅烷封闭>镍盐封闭>沸水封闭>未封闭。由有机硅烷膜层的表面微观形貌和元素分析可知,经过有机硅烷封闭后的氧化膜表面具有一层平整的封闭膜层,这层封闭膜层对腐蚀离子进入氧化膜微孔起到了有效的阻挡作用,有机硅烷封闭膜层是由C、O、Al、S和Si元素组成。(3)制备锆盐封闭+硅酸盐封闭、锆盐封闭+有机硅烷封闭、硅酸盐封闭+有机硅烷封闭和锆盐封闭+硅酸盐封闭+有机硅烷封闭四种复合封闭膜层。通过对复合膜层的耐碱性研究分析发现,锆盐封闭+硅酸盐封闭+有机硅烷封闭膜层的耐碱性能最佳,其强碱浸泡时间可达21 min,腐蚀电流密度为0.062μA/cm2,耐碱性能远远好于未封闭和传统的封闭工艺。由膜层微观形貌和表面元素分析可知,氧化膜经锆盐封闭+硅酸盐封闭+有机硅烷封闭后,在其表面形成一层非常致密,光滑且平整的封闭膜层,这层封闭膜层具有还具有很好的疏水性,它是由C、O、F、Al、Si、Zr和S元素组成。
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