CN102021554A

CN102021554A - 铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜的制备工艺

Info

Publication number: CN102021554A
Application number: CN2010105945080A
Authority: CN
Inventors: 王昕�; 宫承鹏; 刘浩泉
Original assignee: Ocean University of China
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2030-12-09
Also published as: CN102021554B

Abstract

铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜的制备工艺，其特征在于将铝合金进行表面预处理，再浸入溶有有机硅的铈盐转化液中，使在铝合金表面发生成膜反应，形成耐腐蚀膜，然后取出铝合金并用去离子水清洗，烘干。本发明的工艺简单，成膜速度快，缩短了耐腐蚀膜的制备时间，耐腐蚀膜层的主要成分是铈的氢氧化物与氧化物，膜层表面均匀性与致密性好。表面形成硅掺杂铈耐腐蚀膜后，铝合金的耐蚀性得到显著提高。

Description

铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种铝合金表面耐腐蚀膜的制备工艺，特别是涉及一种铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜的制备工艺。

背景技术

铝合金凭借其密度小、导电导热能力强、力学性能优异和可加工性能好等一系列优点以及在地壳中丰富的储量，在国民经济中获得了广泛的应用。作为一种性能优良的金属，铝合金表面可以自然生成一层由氧化铝或其水合物组成的氧化膜，对基体起到保护作用。然而，自然氧化膜很薄，铝合金在大气中容易发生晶间腐蚀，在富含活性阴离子的环境中也易发生点蚀等局部腐蚀，给社会生产造成了巨大的经济损失。

作为常用的铝合金防护方法，化学耐腐蚀膜工艺对铝基体疲劳性能影响小、与基体结合良好、工艺简单、能耗较低，且适用于难以用阳极氧化获得完整膜层的复杂部件的表面处理。其中，铬酸盐耐腐蚀膜工艺能在铝合金表面形成具有自修复性的耐蚀性能优良的耐腐蚀膜层。但是六价铬是致癌物质，随着环保意识的加强，各国政府和企业正逐渐限制这类物质的使用。

经过一系列的探索和研究发现，稀土盐类是一种很有前途的取代铬酸盐的物质。稀土耐腐蚀膜不仅具有优异的耐蚀性能，而且可以避免传统的铬酸盐耐腐蚀膜工艺给人体和环境带来的毒害作用。随着对稀土耐腐蚀膜，特别是铈耐腐蚀膜工艺的深入研究，如熔盐浸泡法、波美法、联合处理法等，已显著提高了其耐蚀性能，缩短了工艺时间。但目前该工艺仍有一些不足之处：制备工艺所需温度较高，工艺较为复杂、耐腐蚀膜致密性较差等，使得铈耐腐蚀膜工艺需要进一步改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜的制备工艺，通过一步法在铝合金表面制备形成硅掺杂铈耐腐蚀膜，以弥补现有技术中存在的上述不足。

一种铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜的制备工艺，其特征在于将铝合金进行表面预处理，再浸入溶有有机硅的铈盐转化液中，使在铝合金表面发生成膜反应，形成耐腐蚀膜，然后取出铝合金并用去离子水清洗，烘干。

本发明的工艺简单，只需对铝合金进行表面预处理、浸泡与干燥。成膜速度明显提高，成膜时间缩短到10分钟左右。耐腐蚀膜层的主要成分是铈的氢氧化物与氧化物，由于加入了有机硅，沉积速度更加稳定，膜层表面均匀性与致密性得到改善。所得本耐腐蚀膜耐蚀性良好，与未处理的铝合金相比，表面制备形成硅掺杂铈耐腐蚀膜后，铝合金在浓度为3.5％的氯化钠中性电解质溶液中的腐蚀电位显著提高，腐蚀电流显著降低。

附图说明

图1为铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜的扫描电子显微镜观测表面形貌图；

图2为铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜的表面EDS能谱图；

图3为铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜形成前的极化曲线对比图(a)和铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜形成后铝合金的极化曲线对比图(b)。

图4为铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜形成前的阻抗曲线对比图(a)和铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜形成后铝合金的阻抗曲线对比图(b)。

具体实施方式

本发明提供一种铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜的制备工艺，先将铝合金进行表面预处理，再浸入溶有有机硅的铈盐转化液中，使铝合金表面发生成膜反应，形成耐腐蚀膜，然后取出铝合金并用去离子水清洗，烘干。

具体操作时，首先将铝合金表面进行预处理，其步骤为：将铝合金表面打磨至光亮，消除表面划痕；用去离子水冲洗；在室温下的丙酮或乙醇等有机溶剂中清洗3～10分钟，除去表面油污；取出后用去离子水冲洗；在20～50℃的碱性水溶液中浸泡2～5分钟，对表面进一步除油，并消除表面氧化铝薄膜，该碱性水溶液中含有碳酸钠20～40g/L、氢氧化钠20～40g/L；取出后用去离子水冲洗。

然后将预处理完后的铝合金浸入铈盐转化液中进行成膜反应，该铈盐转化液中含有铈盐20～40g/L、主氧化剂20～50ml/L、辅助氧化剂100～200g/L、有机硅3～10g/L、成膜促进剂0.5～2g/L，转化液pH值为2.0～3.5。

本发明中所述的铈盐为水合氯化亚铈，用以形成耐腐蚀膜层中的主要成分；所述的主氧化剂为过氧化氢，能够将铈离子从三价快速氧化为四价，能加速成膜，有效缩短了反应时间；所述的辅助氧化剂为高氯酸钠，能够维持转化液的氧化电势，将铈离子保持在四价；所述的有机硅为乙烯基三甲氧基硅烷，加入前需先在室温下的去离子水中水解1～3小时，水解后的硅醇能够稳定转化液中的铈离子，防止大量絮沉；所述的成膜促进剂为苯甲酸钠和/或苯骈三氮唑，能够在转化液中与铈离子相络合，调节沉积速率，提高膜层表面均匀性与致密性；所述的成膜反应温度为室温，反应时间为3～10分钟。

最后将成膜后的铝合金取出，用去离子水冲洗，用电吹风烘干。

对所得膜层进行了扫描电子显微镜观测、EDS能谱检测与电化学测试。图1为铝合金表面形成硅掺杂铈耐腐蚀膜的扫描电子显微镜观测表面形貌图，可以看到膜层均匀致密的覆盖在铝合金表面，裂纹细小。图2为铝合金表面形成硅掺杂铈耐腐蚀膜的表面EDS能谱图，可以看出膜层中有大量的铈以及一定量的硅元素存在。图3与图4分别为铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜形成前与形成后铝合金的极化曲线和阻抗曲线对比图，可以看出硅掺杂铈耐腐蚀膜形成后，铝合金的耐腐蚀性能得到明显提高。

以下通过实施例来说明在铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜的制备工艺。

实施例1

在1060铝合金表面形成硅掺杂铈耐腐蚀膜

首先将1060铝合金表面进行预处理，其步骤为：用耐水砂纸将铝合金打磨至光亮，用去离子水冲洗；室温下在丙酮溶液中清洗4分钟，取出后用去离子水冲洗；40℃下在碱性水溶液中浸泡3分钟，取出后用去离子水冲洗，该碱性水溶液含有氢氧化钠30g/L、无水碳酸钠25g/L。

然后将预处理后的1060铝合金浸入铈盐转化液中，在室温下反应7分钟。该铈盐转化液配置过程为：在室温下将40g水合氯化亚铈、160g高氯酸钠、0.5g苯甲酸钠与0.5g苯骈三氮唑溶解于900g去离子水中；将5g乙烯基三甲氧基硅烷置于50g去离子水中，在室温下搅拌水解1小时，然后混入铈盐水溶液中，充分混合；用盐酸调节pH至3.5，加入50ml过氧化氢，再用盐酸调节pH至2.5。

Claims

1.一种铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜的制备工艺，其特征在于将铝合金进行表面预处理，再浸入溶有有机硅的铈盐转化液中，在铝合金表面发生成膜反应，形成耐腐蚀膜，然后取出铝合金并用去离子水清洗，烘干。

2.如权利要求1所述铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜的制备工艺，其特征在于所述的铝合金表面预处理步骤为：将铝合金表面打磨至光亮；用去离子水冲洗；在室温下的丙酮或乙醇有机溶剂中浸泡3～10分钟；取出后用去离子水冲洗；在20～50℃的碱性水溶液中浸泡2～5分钟，该碱性水溶液中含有碳酸钠20～40g/L、氢氧化钠20～40g/L；取出后用去离子水冲洗。

3.如权利要求1所述铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜的制备工艺，其特征在于所述的铈盐转化液中，含有铈盐20～40g/L、主氧化剂20～50ml/L、辅助氧化剂100～200g/L、有机硅3～10g/L、成膜促进剂0.5～2g/L，转化液pH值为2.0～3.5。

4.如权利要求3所述铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜的制备工艺，其特征在于所述的铈盐为水合氯化亚铈；所述的主氧化剂为过氧化氢；所述的辅助氧化剂为高氯酸钠；所述的有机硅为乙烯基三甲氧基硅烷；所述的成膜促进剂为苯甲酸钠和/或苯骈三氮唑。

5.如权利要求3所述铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜的制备工艺，其特征在于所述的有机硅在加入前需先水解，水解温度为室温，水解时间为1～3小时。

6.如权利要求1所述铝合金表面硅掺杂铈耐腐蚀膜的制备工艺，其特征在于所述的成膜反应温度为室温，成膜时间为3～10分钟。