CN100357490C

CN100357490C - 提高轻金属及其复合材料表面耐蚀性的稀土转化膜方法

Info

Publication number: CN100357490C
Application number: CNB2005100104410A
Authority: CN
Inventors: 胡津; 赵雪会
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2025-10-19
Also published as: CN1752287A

Abstract

提高轻金属及其复合材料表面耐蚀性的稀土转化膜方法，它涉及一种提高金属及其复合材料表面耐蚀性的方法。本发明解决了采用阳极氧化法，存在轻金属机械性能下降，轻金属基复合材料增强体增加，成膜不均匀，防腐性差及采用铬酸盐化学氧化法存在对环境污染问题。它包括以下步骤：a.对轻金属或/和轻金属基复合材料表面进行预磨处理；b.将材料置于丙酮或乙醇溶液中进行超声去污处理；c.将材料置于碱性溶液中进行除油处理；d.将材料置于加有氧化剂的稀土盐水溶液中，混合溶液温度为20～100℃，处理5～20min；e.将材料在室温下放置至少15天或加热1～24h，温度为40～80℃。本发明的方法简单，采用该方法材料的防腐性好。

Description

提高轻金属及其复合材料表面耐蚀性的稀土转化膜方法

技术领域

本发明涉及一种提高金属及其复合材料表面耐腐蚀性的方法，属材料表面处理领域，具体涉及一种提高轻金属及其复合材料表面耐蚀性的稀土转化膜方法。

背景技术

轻金属及其合金具有密度小、导电导热能力强、力学性能优异及可二次加工等一系列优点，在国民经济中得到了广泛的应用。轻金属基复合材料除了具有轻金属的许多优点之外，还具有高的比强度、比刚度、耐磨性好等突出优点，因而在航天、航空及汽车工业等领域中被认为是最有前途的新型结构材料之一。然而轻金属及轻金属基复合材料的防腐蚀问题一直未能得到很好的解决。轻金属表面由于存在晶界、夹杂物等多种缺陷，实质上是一个非均匀的表面，在复杂环境中使用也不可避免引起材料的腐蚀。在轻金属基复合材料制备过程中，由于追求高的机械性能和其它方面的综合性能而引入了大量的增强体，增强体的存在导致轻金属基复合材料内部组织结构极不均匀，在使用环境中极易形成腐蚀电池，从而导致其抗腐蚀性能较差，其性能及寿命都将受到严重的影响。长期以来，人们对轻金属及其轻金属基复合材料的表面一直采用阳极氧化法和铬酸盐化学氧化法进行防腐处理。采用阳极氧化法，会造成轻金属机械性能下降，而对于轻金属基复合材料存在增强体增加，使得轻金属基复合材料的表面导电性不好，成膜不均匀，防腐性差，并且还增加了加工成本；采用铬酸盐化学氧化法由于存在有毒的六价铬离子，对人体有害，也对环境造成污染。由上述可知，以上两种方法均不能对轻金属及其复合材料起到有效的防腐作用。

发明内容

本发明的目的是为解决已有对轻金属及其复合材料表面进行防腐处理，采用阳极氧化法，会造成轻金属机械性能下降，而对于轻金属基复合材料存在增强体增加，材料表面导电性不好，成膜不均匀，防腐性差，加工成本高问题及采用铬酸盐化学氧化法由于存在有毒的六价铬离子，对环境易造成污染问题提供的一种提高轻金属及其复合材料表面耐蚀性的稀土转化膜方法。它包括以下步骤：a、对轻金属材料或/和轻金属基复合材料表面进行预磨处理，粗糙度为0.01～10μm；b、将经a步骤处理过的材料置于丙酮或乙醇溶液中对其表面进行超声去污处理，处理时间为1～5min；c、将经b步骤处理过的材料置于碱性溶液中进行除油处理，溶液温度为室温～60℃，处理时间为1～5min；d、将经除油处理过的材料置于加有氧化剂的稀土盐水溶液中，稀土盐水溶液的浓度为0.01～0.05mol/L，氧化剂的加入量为20～120ml/L，混合溶液的温度为20～100℃，处理时间为5～20min，混合溶液的pH值为1～5；e、将经d步骤处理过的材料在室温下放置至少15天或在烘干箱内加热1～24h，加热温度为40～80℃。c步骤中，将经b步骤处理过的材料置于NaOH溶液中进行除油处理，NaOH溶液的浓度为0.5～0.8mol/L，pH值为10～14，处理时间为1～5min，NaOH溶液的温度为室温～60℃，c步骤中，NaOH溶液的温度为室温，处理时间为1min。d步骤中，将经c步骤处理过的材料置于加有H₂O₂的CeCl₃水溶液中，CeCl₃水溶液的浓度为0.02～0.05mol/L，H₂O₂的加入量为20～120ml/L，混合溶液的温度为20～100℃，处理时间为5～20min，混合溶液的pH值为1～5，d步骤中，CeCl₃水溶液的浓度为0.02mol/L，H₂O₂的加入量为100ml/L，混合溶液的温度为室温，处理时间为10min，混合溶液的pH值为2.8。它还包括f步骤：对经e步骤处理过的材料进行后续封闭处理，即将已经处理过的材料放在沸水中煮2～7min或在重量百分比浓度为1～4％的Na₃PO₄溶液中处理1～10min，Na₃PO₄溶液的pH值为3～5，f步骤中，将已经处理过的材料放在沸水中煮5min，f步骤中，将已经处理过的材料放在重量百分比浓度为2.5％的Na₃PO₄溶液中处理5min，Na₃PO₄溶液的pH值为4.5。

本发明具有以下有益效果：一、本发明能在轻金属及其复合材料表面形成具有优异腐蚀性能的表层，此表层与基体结合强度高，不脱落，防腐性好，方法简单，容易操作，且具有环保性能。二、为确定表面稀土转化膜对材料耐蚀性的影响，对处理前后不同材料的电化学腐蚀行为进行了测试，发现材料表面覆盖转化膜后，相应的极化曲线形状及位置均发生了较大的变化，利用本发明得到的转化膜可使轻金属及其复合材料的腐蚀电位提高80～200mV，并可使点蚀电位与腐蚀电位的差值增加100～400mV，腐蚀电流密度降低1～2个数量级。三、采用本发明在轻金属及其复合材料表面得到的表面转化膜均匀，并且加工成本较低，是提高轻金属及其复合材料抗腐性能首选方法。

具体实施方式：

具体实施方式一：本实施方式的提高轻金属及其复合材料表面耐蚀性的稀土转化膜方法由以下步骤完成：a、对轻金属材料或/和轻金属基复合材料表面进行预磨处理，粗糙度为0.01～10μm，材料经去离子水冲洗；b、将经a步骤处理过的材料置于丙酮或乙醇溶液中对其表面进行超声去污处理，处理时间为1～5min，材料经去离子水冲洗；c、将经b步骤处理过的材料置于碱性溶液中进行除油处理，溶液温度为室温～60℃，处理时间为1～5min，材料经去离子水冲洗；d、将经除油处理过的材料置于加有氧化剂的稀土盐水溶液中，稀土盐水溶液的浓度为0.01～0.05mol/L，氧化剂的加入量为20～120ml/L，混合溶液的温度为20～100℃，处理时间为5～20min，混合溶液的pH值为1～5，材料经去离子水冲洗；e、将经d步骤处理过的材料在室温下放置15天或在烘干箱内加热1～24h，加热温度为40～80℃。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式的a步骤中，对6061铝基复合材料表面进行预磨处理，粗糙度为5μm。采用该方法可使6061铝基复合材料的腐蚀电位提高150mv左右，点蚀电位与腐蚀电位的差值增加300mV左右，腐蚀电流密度从6.6E-7A/cm²降低到3.2E-8A/cm²左右。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式的c步骤中，材料进行除油处理的温度为45℃，处理时间为3min。在此温度下经过后续方法步骤处理后的材料具有较高的防腐性能。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式的c步骤中，将经b步骤处理过的材料置于NaOH溶液中进行除油处理，NaOH溶液的浓度为0.5～1.5mol/L，pH值为10～14，处理时间为1～5min，NaOH溶液的温度为室温～60℃。采用上述技术参数并经各方法步骤处理过的材料的表面获得的转化膜均匀，防腐性好。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四的不同点是：本实施方式的c步骤中，NaOH溶液的温度为室温，处理时间为1min。采用上述技术参数在保证材料具有较好防腐性的前提下还可节约成本。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式的d步骤中，将经c步骤处理过的材料置于加有H₂O₂的CeCl₃水溶液中，CeCl₃水溶液的浓度为0.02～0.05mol/L，H₂O₂的加入量为20～120ml/L，混合溶液的温度为20～100℃，处理时间为5～20min，混合溶液的pH值为1～5。将经c步骤处理过的材料置于加有H₂O₂的CeCl₃水溶液中，并采用上述技术参数不仅可使材料表面与转化膜牢固结合，还可提高材料的防腐性。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：本实施方式的d步骤中，CeCl₃水溶液的浓度为0.02mol/L，H₂O₂的加入量为100ml/L，混合溶液的温度为室温，处理时间为10min，混合溶液的pH值为2.8。采用上述技术参数，不仅可使材料表面与转化膜牢固结合，还可大大提高材料的防腐性。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式的e步骤中，将经d步骤处理过的材料在室温下放置20天或在烘干箱内加热20h，加热温度为50℃。可保证材料表面和转化膜牢固结合。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式还增加有f步骤：对经e步骤处理过的材料进行后续封闭处理，即将已经处理过的材料放在沸水中煮2～7min。该封闭处理的方法简单，容易操作，可使材料表面与转化膜牢固结合，可大大提高材料表面的防腐性，从而延长了材料的使用寿命。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：本实施方式的f步骤中：将经e步骤处理过的材料放在重量百分比浓度为1～4％的Na₃PO₄溶液中处理1～10min，Na₃PO₄溶液的pH值为3～5。经该封闭处理过的材料，可保证材料表面与转化膜更加牢固结合，大大提高材料的防腐性，从而延长了材料的使用寿命。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：本实施方式的f步骤中，将已经处理过的材料放在沸水中煮5min。采用此方法，简单、容易操作。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：本实施方式的f步骤中，将已经处理过的材料放在重量百分比浓度为2.5％的Na₃PO₄溶液中处理5min，Na₃PO₄溶液的pH值为4.5。采用上述技术参数可保证材料表面与转化膜更加牢固结合，大大提高材料的防腐性，最大限度地延长了材料的使用寿命。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式的a步骤中，所述的轻金属材料是铝或镁或铝合金或镁合金；所述的轻金属基复合材料的基体是铝或镁或铝合金或镁合金；所述的轻金属基复合材料中的增强体包含晶须、颗粒及纤维；所述的晶须包括硼酸盐、碳化硅、氧化铝；所述的颗粒包括碳化硅、氧化铝、碳化钛、碳化硼；所述的纤维包括碳、硼、碳化硅、氧化铝、氮化硼。

采用上述材料，不仅具有较广的使用范围，同时还具有与转化膜较好的结合性，是航空及汽车工业领域使用较多的轻金属材料。

Claims

1、一种提高轻金属及其复合材料表面耐蚀性的稀土转化膜方法，其特征在于它包括以下步骤：a、对轻金属材料或/和轻金属基复合材料表面进行预磨处理，粗糙度为0.01～10μm；b、将经a步骤处理过的材料置于丙酮或乙醇溶液中对其表面进行超声去污处理，处理时间为1～5min；c、将经b步骤处理过的材料置于碱性溶液中进行除油处理，溶液温度为室温～60℃，处理时间为1～5min；d、将经除油处理过的材料置于加有氧化剂的稀土盐水溶液中，稀土盐水溶液的浓度为0.01～0.05mol/L，氧化剂的加入量为20～120ml/L，混合溶液的温度为20～100℃，处理时间为5～20min，混合溶液的pH值为1～5；e、将经d步骤处理过的材料在室温下放置至少15天或在烘干箱内加热1～24h，加热温度为40～80℃。

2、根据权利要求1所述的提高轻金属及其复合材料表面耐蚀性的稀土转化膜方法，其特征在于在a步骤、b步骤、c步骤及d步骤中的最后，材料均经去离子水冲洗。

3、根据权利要求1所述的提高轻金属及其复合材料表面耐蚀性的稀土转化膜方法，其特征在于c步骤中，将经b步骤处理过的材料置于NaOH溶液中进行除油处理，NaOH溶液的浓度为0.5～0.8mol/L，pH值为10～14，处理时间为1～5min，NaOH溶液的温度为室温～60℃。

4、根据权利要求3所述的提高轻金属及其复合材料表面耐蚀性的稀土转化膜方法，其特征在于c步骤中，NaOH溶液的温度为室温，处理时间为1min。

5、根据权利要求1所述的提高轻金属及其复合材料表面耐蚀性的稀土转化膜方法，其特征在于d步骤中，将经c步骤处理过的材料置于加有H₂O₂的CeCl₃水溶液中，CeCl₃水溶液的浓度为0.02～0.05mol/L，H₂O₂的加入量为20～120ml/L，混合溶液的温度为20～100℃，处理时间为5～20min，混合溶液的pH值为1～5。

6、根据权利要求5所述的提高轻金属及其复合材料表面耐蚀性的稀土转化膜方法，其特征在于d步骤中，CeCl₃水溶液的浓度为0.02mol/L，H₂O₂的加入量为100ml/L，混合溶液的温度为室温，处理时间为10min，混合溶液的pH值为2.8。

7、根据权利要求1所述的提高轻金属及其复合材料表面耐蚀性的稀土转化膜方法，其特征在于它还包括f步骤：对经e步骤处理过的材料进行后续封闭处理，即将已经处理过的材料放在沸水中煮2～7min或在重量百分比浓度为1～4％的Na₃PO₄溶液中处理1～10min，Na₃PO₄溶液的pH值为3～5。

8、根据权利要求7所述的提高轻金属及其复合材料表面耐蚀性的稀土转化膜方法，其特征在于f步骤中，将已经处理过的材料放在沸水中煮5min。

9、根据权利要求7所述的提高轻金属及其复合材料表面耐蚀性的稀土转化膜方法，其特征在于f步骤中，将已经处理过的材料放在重量百分比浓度为2.5％的Na₃PO₄溶液中处理5min，Na₃PO₄溶液的pH值为4.5。