工业铝合金阳极氧化通常采用铬酸盐进行封闭处理。然而 ,铬酸盐是一种毒性(致癌 )物质 ,其应用会造成严重的环境污染。各国政府都在逐渐限制或禁止铬酸盐的应用。因此开发高效、无毒 铝合金阳极氧化后处理技术具有重要的现实意义。近些年来国内外广泛开展了铝合金表面稀土转化 膜的研究工作。澳大利亚航空研究室材料科学部的Ｈｉｎｔｏｎ、美国南加利福尼亚大学的Ｍａｎ ｓｆｅｌｄ以及国内北京科技大学的李久青等在铝合金表面稀土转化膜的研究工作中作出了重要贡献<1～4> 。作者也曾研究过ＬＹ1 2铝合金表面稀土转化膜的工艺及性能 ,取得了可喜的结果<5 ,6 > 。本文主要研究ＬＹ1 2铝合金阳极氧化稀土封孔工艺 ,并对其性能进行评价。1 材料及研究方法1 1 试验材料 研究中使用的基体材料为ＬＹ1 2
铝合金 ,其成分列于表 1表 1 ＬＹ12铝合金的成分 (质量分数 ,% )ＣｕＭｇＭｎＦｅＳｉＺｎＮｉＴｉＣｒ其它ＡｌＬＹ12 3.8～4.91.2～1.80 .3～0 .90 .5 0 .5 0 .30 .10 .0 5 -0 .1余量1 2 试验方法采用失重法进行全浸腐蚀速率测定 ,根据试样在腐蚀过程中重量的变化计算腐蚀速率 ,计算公式为 :
腐蚀速率 (μｇ/ｍ2 ·ｓ) =腐蚀试验前试片质量 -腐蚀试验后试片质量试片表面积×腐蚀试验时间 实验过程中所用试片尺寸为 2 5ｍｍ× 50ｍｍ×1ｍｍ ,在试片上部钻一直径为 2ｍｍ的小孔 ,用尼龙绳拴住 ,悬挂于ＮａＣｌ溶液中 ,将试样全部浸没于液面下 ,上方距液面 1 5ｃｍ ,浸渍温度为 3 5± 1℃ ,试片称重前除去腐蚀产物 ,用蒸馏水仔细清洗 ,然后在 1 0 5℃下烘干 3 0ｍｉｎ。采用三电极体系 ,利用美国Ｐａｒｃ公司生产的Ｍ2 73恒电位仪与ＩＢＭ586微机组成的电化学测试系统测定氧化膜在 3 5% (质量分数 )ＮａＣｌ溶液中的极化曲线来评价氧化膜的耐蚀性能 ,测试软件为Ｍ3 52 ,参比电极为饱和甘汞电极 ,辅助电极为铂电极 ,试样面积为 1ｃｍ2 。2 ＬＹ1 2阳极氧化稀土封孔工艺研究工艺过程包括 :前处理、阳极氧化和稀土封孔三步。前处理工艺流程为 :化学除油→热水清洗→冷水清洗→化学抛光→热水清洗→冷水清洗→出光→清洗。阳极氧化工艺采用工业中广泛应用的硫酸法阳极氧化 ,工艺条件为 :Ｈ2 ＳＯ41 8% (体积分数 )温度 1 0～ 2 0℃电流密度 0 8～1 .5Ａ/ｄｍ2阴极铅板时间 3 0～ 40ｍｉｎ 经过大量试验 ,确定稀土封孔工艺条件为 :Ｃｅ(ＮＯ3) 35 0ｇ/ＬＨ2 Ｏ2 0 5ｇ/Ｌ稳定剂Ａ 0 0 2 % (质量分数 )添加剂Ｂ 0 0 2 % (质量分数 )温度 3 0℃ｐＨ值 4 5处理时间 2ｈ其中稳定剂Ａ可以提高处理液的使用寿命 ,添加剂Ｂ能够改善稀土膜层的结合强度。各工艺条件对膜耐蚀性的影响如图 1所示图 1 工艺条件对稀土封孔阳极氧化膜性能的影响 可以看出 ,Ｈ2 Ｏ2 浓度和ｐＨ值对膜性能的影响较大 ,分别有一最佳值。而Ｃｅ(ＮＯ3) 3和处理时间都有一极限值 ,达到极限值后继续改变Ｃｅ(ＮＯ3) 3浓度和处理时间对膜性能无明显改善。稀土封孔处理在室温下进行即可 ,高温成膜效果不佳。在研究稀土封孔工艺时还发现 ,溶液在处理时间达到一定值时 ,会变黄 ,出现悬浮物 ,进而变成黄色悬浊液而失效。为解决这一问题 ,进行了大量研究 ,最后筛选出稳定剂Ａ有效延长了处理液的使用寿命 ,稳定剂Ａ含量对处理液寿命的影响如图 2所示。图 2 稳定剂Ａ含量对处理液稳定性的影响 可以看出 ,稳定剂Ａ可延长处理液使用寿命达 44ｈ不失效。并经实践证明 ,其含量在0 0 2 % (质量分数)以下对膜的性能无影响。3 稀土封孔阳极氧化膜的性能3 1 厚度及耐磨性 ＬＹ1 2铝合金经阳极氧化 ,在封孔处理前后分别测其表面膜的厚度及耐磨性 (落砂实验中膜被清除时间 ) ,如表 2所列。表 2 稀土封孔阳极氧化膜的厚度及耐磨性膜厚 (μｍ) 膜被清除时间 (ｓ)ＬＹ12封孔前 18～ 2 35 0 0ＬＹ12封孔后 2 1～ 2 5 710可见 ,封孔后阳极氧化膜厚度增加约 3～ 5μｍ ,耐磨性有所提高。3 2 耐腐蚀性能将稀土封孔阳极氧化膜与铬酸盐封孔阳极氧化膜进行全浸实验并与未封孔试样和空白试样作对比 ,全浸实验一个月后测其腐蚀速率 ,结果如表 3所示。表 3 全浸实验腐蚀速率腐蚀速率 (μｇ/ｍ2 ·ｓ)ＬＹ12空白 7 4 7ＬＹ12阳极氧化未封孔 0 6 96ＬＹ12阳极氧化稀土封孔 0 0 94 2ＬＹ12阳极氧化铬酸盐封孔 0 0 871由腐蚀速率测试结果可知 ,稀土封孔和铬酸盐封孔效果相当。ＬＹ1 2铝合金阳极氧化稀土封孔及铬酸盐封孔膜在 3 5% (质量分数 )的ＮａＣｌ溶液中的极化曲线如图 3所示。数据处理后得到的腐蚀参数如表 4所列表 4 图 3极化曲线数据处理后的腐蚀参数空白 阳极氧化未封孔 铬酸盐封孔稀土封孔Ｅｃ(Ｖ) - 0 .6 6 2 - 0 .6 48- 0 .5 6 9- 0 .5 38Ｊｃ(μＡ/ｃｍ2 ) 4 .86 10 .0 2 72 0 .0 0 3170 .0 0 5 39Ｒｐ(ｋΩ·ｃｍ2 ) 4 .46 780 0 6 8434 0 2 4稀土封孔和铬酸盐封孔阳极氧化膜的腐蚀电流和腐蚀电阻在同一数量级上 ,由此可见 ,稀土封孔阳极氧化膜的耐蚀性与铬酸盐封孔阳极氧化膜具有可比性。4 结论确定了ＬＹ1 2铝合金阳极氧化稀土封孔工艺。封孔后阳极氧化膜耐磨性有所提高。稀土封孔阳极氧化膜的耐蚀性 与铬酸盐封闭阳极氧化膜具有可比性LY12铝合金阳极氧化稀土封孔工艺及性能的研究@于兴文$中科院物理研究所固体离子学实验室!北京100080
@严川伟$中科院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室!辽宁沈阳110016
@曹楚南$中科院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室!辽宁沈阳110016LY12;;铝合金;;
阳极氧化;;稀土封孔;;耐腐蚀性能研究了LY1 2铝合金阳极氧化稀土封孔工艺。利用盐水浸渍和电化学方法评价了氧化膜的耐腐蚀性能。结果表明稀土封孔阳极氧化膜的耐蚀性与铬酸盐封闭阳极氧化膜具有可比性。<1> HintonBRW.CationicFilmFormingInhibitorsfortheProtecti onofAA7075AluminumAlloyAgainstcorrosioninAqueousChlorideSolution
.Corrosion,1989,45(1):12.
<2> MansfeldF .EliminationofPittingofAluminumAl loysbySurfaceModification.Proc-Elec trochemSoc,1996,95-15:308.
<3> MansfeldF .SurfaceModificationofHighCopperAluminumAlloys.ProcElectrochemSoc,1997,95-16:169.
<4> 李久青,田虹,卢翠英.铝合金稀土转化膜碱性成膜工艺T3/T7的研究.腐蚀科学与防护技术,1998,10(2):98.
<5> 于兴文,周德瑞,尹钟大,等.2024铝合金表面三价稀土转化膜的研究.中国有色金属学报,1999,9(1):73.
<6> 于兴文,周育红,周德瑞,等.铝合金表面混合稀土转化膜的研究.高技术通讯,1998,8(7):中国博士后科学基金;;
国家重点基础研究专项经费资助 (G19990 6 5 0 )土封孔工艺。封孔后阳极氧化膜耐磨性有所提高。稀土封孔阳极氧化膜的耐蚀性与铬酸盐封闭阳极 氧化膜具有可比性LY12铝合金阳极氧化稀土封孔工艺及性能的研究@于兴文$中科院物理研究所固体离子学实验室!北京100080
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